APM ElectroMagnetic Analysis

APM ElectroMagnetic Analysis – программный продукт для анализа электростатических, магнитостатических, а также электромагнитных низкочастотных и высокочастотных процессов потребность данных видов расчета возникает в задачах проектирования, анализа и диагностики электронного и электротехнического оборудования, а также оборудования средств связи.

Расчеты выполняются для стационарных и нестационарных режимов.

Главным назначением продукта является повышение эффективности проектирования электротехнических объектов, антенных устройств и оборудования средств связи за счет автоматизации инженерных расчетов.

Функциональные возможности системы APM EMA по решению систем уравнений электродинамики включают широкий спектр инструментов, предназначенных для подготовки моделей, являющихся предметом анализа:

• Электростатика
• Поле постоянных токов
• Магнитостатика
• Нестационарное электромагнитное поле (низкочастотная область)
• Электромагнитные волны и их излучение (высокочастотная область)

Электростатика

Задачи данного класса позволяют производить расчет характеристик стационарных электрических полей в диэлектриках

Средства программы APM EMA, используемые для анализа электрического поля, касаются двух областей электрических явлений: протекание постоянного тока (проводники), электростатика (диэлектрики). К типичным параметрам, представляющим интерес, относятся: плотность тока, напряженность электрического поля, распределение напряжений, тепловое действие тока, энергия и силы электрического поля, электростатическая емкость, сила тока и падение напряжения.

Могут решаться трехмерные задачи, возникающие при разработке различных устройств, таких как накопительные шины, линии электропередач, высоковольтные изоляторы, экранирующие кожухи, конденсаторы и т.п.

В качестве теоретической основы для анализа стационарного электрического поля в программе используется уравнение Лапласа. Основными неизвестными (узловыми степенями свободы), определяемыми в результате конечно-элементного решения, являются электрические потенциалы (напряжения). По их значениям вычисляются остальные параметры.

Анализ электростатических полей используется для расчета характеристик электрического поля и распределения потенциалов, обусловленных системой электрических зарядов или падением напряжений. Допускаются два вида нагрузок: разность потенциалов и плотность зарядов. Предполагается, что выполняется линейный анализ, т.е. параметры, характеризующие электрическое поле, линейно зависят от приложенного напряжения.

Решение состоит в получении величин электрических потенциалов в узлах, дает возможность найти напряженность электрического поля и плотность тока.

Поле постоянных токов

Задачи данного класса позволяют производить расчет характеристик стационарных электрических полей в проводниках

Программу APM EMA можно использовать для нахождения плотности тока и распределения электрических потенциалов (напряжения), возникающих в электрических цепях при протекании постоянного тока или за счет падения напряжения. В качестве входных параметров рассматриваются два вида нагрузок: ток и напряжение. Анализ предполагается линейным, т.е. величина электрического тока на отдельных участках цепи пропорциональна входному току.

Задача протекания постоянного электрического тока решается с использованием функции потенциала и сводится к вычислению электрических потенциалов (плотности тока или напряжений) в узлах модели.

Магнитостатика

Задачи данного класса позволяют производить расчет характеристик стационарных магнитных полей в проводниках с током, ферромагнитных средах и вакууме

Анализ статического электромагнитного поля возможен для трехмерных задач в линейной постановке. Трехмерная задача магнитостатики является результатом минимизации функционала магнитной энергии, ассоциированного трехмерным вектором потенциала. Имеется возможность моделировать проводники и постоянные магниты в виде источников.

Проводники моделируются конечными элементами или с помощью твердотельных примитивов в виде прямого или кругового стержня и витков катушки. Пользователь имеет возможность моделировать железные сердечники и немагнитные материалы (воздух).

Программа APM EMA предоставляет в распоряжение пользователя линейные магнитных веществ, включая значения магнитной проницаемости для изотропных и ортотропных материалов. При постпроцессорной обработке результатов имеется возможность получить картину вектором потенциала, плотность магнитного потока и напряженность магнитного поля.

Нестационарное электромагнитное поле (низкочастотная область)

Задачи данного класса позволяют производить расчет характеристик нестационарных электромагнитных магнитных полей в проводниках с током, ферромагнитных средах и вакууме

Электромагнитный анализ можно выполнить для задач в трехмерной постановке. При анализе неустановившегося переходного процесса вычисляются векторы потенциала, индукция и напряженность магнитного поля, плотность потока и напряженность электромагнитного поля.

Для решения этих уравнений используется неявная схема интегрирования по времени Кранка-Никольсона. Схема интегрирования Кранка-Никольсона представляет собой дискретную процедуру, с помощью которой вектор потенциалов поля вычисляется в отдельных точках временного интервала.

Анализ для электромагнитного поля высокой частоты выполняется на основе полной системы уравнений Максвелла, т.е. с учетом распространения электромагнитных волн. Такой вид анализа требуется в тех случаях, когда длина волны сравнима с определяющими размерами устройства.

Важно понимать, что для высокочастотного электромагнитного поля применяются «реберные» конечные элементы, дискретная связь у которых осуществляется не через узлы, а через ребра, с которыми ассоциированы степени свободы – проекции вектора напряженности электрического поля на ребро.

Для высокочастотного электромагнитного поля доступен модальный анализ.

Модальный анализ СВЧ структур

Модальный анализ используется для определения собственных частот и форм колебаний для полых резонаторов. Анализ должен предшествовать любому динамическому расчету резонатора, так как знание основных мод и частот колебаний дает возможность адекватно характеризовать переходные процессы в системе.

Для решения задачи о собственных значениях используется метод Ланцоша. Модальный анализ можно использовать для определения резонансных свойств системы, в том числе с учетом диэлектрических и поверхностных потерь. При этом потери предполагаются малыми и не оказывающими влияния на собственные частоты системы.