https://virgool.ir/feed/@rfplusما در مجموعه آر-اف پلاس، برای شما دانشجویان و مهندسان رشته مهندسی برق، آموزش نرم‌افزارهای پرکاربرد شبیه‌سازی را با رویکرد پروژه محور ارائه می‌کنیم و تا متخصص‌شدن شما در شبیه‌سازی، کنارتان هستیم.fa2026-11-11 16:22:56https://files.virgool.ir/upload/users/22772/avatar/Vcxndt.pnghttps://virgool.ir/@rfplushttps://virgool.ir/@rfplus/۹-روش-عددی-فراگیر-در-نرمافزارهای-شبیهساز-الکترومغناطیس-ikjkbko36gryبرای یافتن میدان‌ها در هر نقطه از فضا، باید معادلات ماکسول را در کل آن فضا حل کنیم. معادلات پایه‌ای ماکسول متشکل از ۴ معادله انتگرالی است:قانون گاوس برای میدان الکتریکیقانون گاوس برای میدان مغناطیسیقانون فارادیقانون آمپر-ماکسولمعادلات ماکسول عموما به شکل معادلات دیفرانسیلی نوشته می‌شوند. در حالت کلی، این معادلات با روش تحلیلی ریاضی حل می‌شوند. درواقع یک تعداد معادلات با مشتقات جزئی داریم که پس از ساده‌سازی، با روش‌های حل مرسوم در ریاضیات، قابل‌حل هستند. اما اگر بخواهیم این معادلات را با استفاده از کامپیوتر حل کنیم، به‌ناچار باید از روش‌های عددی حل معادلات دیفرانسیل استفاده کنیم.روش‌های عددیروش‌های عددی مختلفی برای حل معادلات انتگرالی یا دیفرانسیلی وجود دارد که کاربردهای متفاوتی دارند. برای حوزه‌های زمان و فرکانس، مسایل دوبعدی یا سه‌بعدی، معادلات دیفرانسیلی یا انتگرالی و… روش‌های عددی مختلفی ایجادشده‌اند و به‌مرور اصلاح و تکمیل شدند تا بهترین جواب ممکن را ارائه کنند. روش‌هایی مانند FEM ، FDTD ، MoM ، FIT و…نرم‌افزارهای شبیه‌سازی کامپیوتری برای مسایلی که با معادلات دیفرانسیلی یا انتگرالی سروکار دارند از یک یا چند روش عددی یا ترکیبی از آن‌ها استفاده می‌کنند. در ادامه روش‌های عددی که در تعدادی از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مهندسی برق استفاده می‌شوند را بیان می‌کنیم.نرم‌افزار CSTنرم‌افزار CST متناسب با شرایط مساله، روش‌های حل مختلفی را برای حل معادلات ماکسول استفاده می‌کند. این روش‌ها شامل انتگرال محدود (FIT)، خط انتقال (TLM)، المان محدود (FEM) و ممان (MoM) و روش چندقطبی سریع چندمرحله‌ای (MLFMM) است. روش مش بندی ساختار در هر روش عددی می‌تواند متفاوت باشد.روش‌ عددی FIT و TLM برای حل حوزه زمان استفاده می‌شوند. روش عددی FEM و MoM برای حل حوزه زمان کاربرد دارند. از روش عددی MLFMM‌ در حل‌کننده IE برای محاسبه دقیق و سریع میدان‌ها در ساختارهای بزرگ ازلحاظ الکتریکی استفاده می‌شود.نرم‌افزار HFSSنرم‌افزار HFSS هم مانند CST از روش‌های مختلفی برای محاسبه میدان‌ها در فضای مساله، استفاده می‌کند. این روش‌های شامل المان محدود (FEM)، روش ممان (MoM)، روش المان محدود حالت گذرا (FET)، روش ابتکاری تجزیه دامین (DDM) که به نام شرکت ANSYS ثبت‌شده و SBR هستند.روش عددی غالب در HFSS، روش دقیق FEM سه‌بعدی در حوزه فرکانس است. برای ساختارهای پیچیده و بزرگ ازلحاظ الکتریکی، از یک روش که ترکیبی روش عددی FEM، MoM و DDM است، میدان‌ها را محاسبه می‌کند. برای حل حوزه زمان که کاربردهای متنوعی دارد، از روش FET بهره می‌گیرد. در حل معادلات انتگرالی هم از روش عددی MoM سه‌بعدی استفاده می‌کند. برای کاهش حافظه موردنیاز و کاهش زمان شبیه‌سازی هم روش‌هایی مانند MLFMM و ACA را به کار می‌گیرد.نرم‌افزار FEKOروش عددی اصلی نرم‌افزار FEKO، روش ممان است که تشعشع و کوپلینگ را تحلیل می‌کند. با استفاده از روش عددی MLFMM ساختارهای بزرگ الکتریکی، به‌صورت تمام موج تحلیل می‌شوند. مسایلی که در آن‌ها چند دی‌الکتریک و موج‌بر وجود دارد، از FEM استفاده می‌شود. روش عددی FDTD هم برای شبیه‌سازی رنج وسیع فرکانسی است.نرم‌افزار COMSOLاین نرم‌افزار مولتی‌فیزیکس، عموما از روش عددی FEM برای حل مسایل استفاده می‌کند. درعین‌حال از روش‌های BEM و dG-FEM هم برای حل بهره می‌گیرد.سایر نرم‌افزارهانرم‌افزارهای زیادی در حوزه شبیه‌سازی الکترومغناطیس وجود دارد که کاربرد آن‌ها به گستردگی نرم‌افزارهای ذکرشده نیست. درعین‌حال عموما از روش‌های حل عددی مرسوم استفاده می‌کنند. مثلا نرم‌افزار XFDTD از روش FDTD و نرم‌افزارهای IE3D و NEC از روش عددی MoM برای حل معادلات ماکسول استفاده می‌کند.منبع: آر-اف پلاستیم آر-اف پلاستیم آر-اف پلاسFri, 01 Nov 2019 22:01:32 +0330https://virgool.ir/@rfplus/شش-دلیل-مهم-که-نیاز-به-نرمافزارهای-شبیهسازی-را-ثابت-میکند-potngicumjkkامروزه استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی جزو ضروری پروسه طراحی و ساخت است. مزایایی که نرم‌افزارهای شبیه‌سازی در اختیار ما قرار می‌دهند –و هرروز هم بر تعداد این مزایا افزوده می‌شود- استفاده از آن‌ها را راحت‌تر و دقت محاسبات را افزایش می‌دهد.درگذشته، طراحی‌ها با تکیه‌بر فرمول‌ها و اطلاعات تئوری و تجربیات عملی انجام می‌شد. با ظهور کامپیوتر، انجام محاسبات و حل معادلات و… از طریق نوشتن برنامه‌های کامپیوتری بسیار آسان‌تر شد. هم‌زمان روش‌های عددی مختلف حل معادلات ریاضی ابداع شد و به‌تدریج توسعه داده شد. روش‌های المان محدود (FEM)، تفاضل محدود حوزه زمان (FDTD)، تفاضل محدود حوزه فرکانس (FDFT)، ممان (MoM) و همچنین روش‌های ترکیبی مانند MLFMM ازجمله روش‌های مرسوم حل معادلات هستند. در مقاله «۹ روش عددی فراگیر در نرم‌افزارهای شبیه ساز الکترومغناطیس» اطلاعات بیشتری درباره این روش‌ها کسب کنید.در ادامه به ۶ دلیل که استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی را ضروری می‌کند، اشاره می‌کنیم:افزایش سرعت طراحیاولین و مهم‌ترین دلیل استفاده از کامپیوتر برای شبیه‌سازی، افزایش سرعت محاسبات در مقایسه با محاسبات دستی است. روش حل تمام معادلات موردنیاز، توسط روش‌های عددی در کامپیوتر ثبت می‌شود. فقط با واردکردن مقادیر اولیه و تعریف شرایط خاص، معادلات به‌سرعت حل می‌شوند.افزایش دقت طراحیانجام محاسبات پیچیده و فرآیندهای تکراری برای مغز انسان بسیار خسته‌کننده است و در زمان طولانی منجر به خطا می‌شود. ضمن اینکه تمرکز در انجام محاسبات، تنها یکی از فرآیندهای مغزی انسان است و به‌راحتی می‌تواند توسط عوامل بیرونی به هم بریزد و به کاهش دقت منجر شود. اما در کامپیوتر، انجام فرآیندهای تکراری بدون کاهش خطا انجام می‌شود. اگر داده‌های اولیه به‌درستی به کامپیوتر داده شوند، می‌توان اطمینان داشت که خروجی دقیقا همان چیزی است که باید باشد!بهینه‌سازی پارامترهای طراحیدر برخی موارد لازم است با اعمال تغییراتی در طرح اولیه، پاسخ‌های خروجی را تغیر داده و به مقادیر مطلوب برسیم. بعد از ساخت عملا نمی‌‌توان چنین تغییراتی را اعمال کرد، یا در بهترین حالت اعمال این تغییرات باعث آسیب رساندن به ساختار خواهد شد. در نرم‌افزارهای شبیه‌سازی، این کار به‌راحتی و با استفاده از سوییپ پارامترهای مختلف طرح و همچنینی استفاده از روش‌های مختلف بهینه‌سازی برای رسیدن به پاسخ مطلوب امکان‌پذیر است.جلوگیری از آزمون‌وخطادرگذشته –شاید هم‌اکنون هم در برخی شرکت‌ها اتفاق بیفتد!- بعد از طراحی اولیه، یک نمونه اولیه از طرح، ساخته می‌شد. اندازه‌گیری‌های مختلفی روی آن انجام می‌شد تا ایرادات طراحی مشخص شود. با اعمال تغییراتی که عموما تجربی بودند، طراحی مجدد انجام می‌شد و این پروسه آزمون‌وخطا تا رسیدن به پاسخ نهایی ادامه داشت. در نرم‌افزارهای شبیه‌سازی می‌توان همین فرآیند آزمون‌وخطا را تا رسیدن به پاسخ مطلوب ادامه داد. به‌این‌ترتیب نمونه‌های ساخته‌شده با این روش، با دقت بسیار بالایی به نتایج شبیه‌سازی نزدیک خواهند بود.به‌کارگیری تحلیل‌های آماری برای کاهش اثرات تلورانس ساختدر طراحی اولیه، معمولا از المان‌های کاملا ایده آل استفاده می‌شود تا به پاسخ اولیه مطلوب برسیم. در مرحله بعد با جایگزین کردن المان‌های ایده آل با واقعی، بسیاری از پارامترهای محیط واقعی را به شبیه‌سازی وارد می‌کنیم. در این حالت تحلیل‌ها را به اندازه‌گیری‌های عملی، نزدیک می‌کنیم. یکی از مواردی که در عمل به آن برخورد می‌کنیم، تلورانس قطعات و پروسه ساخت است. با در نظر گرفتن این نکته هر المان، تلورانسی دارد، برآیند همه تلورانس‌ها روی‌هم می‌تواند اثر مخرب در پاسخ نهایی داشته باشد. در نرم‌افزارهای شبیه‌سازی با استفاده از تحلیل‌های آماری می‌توان اثر تلورانس المان‌های مختلف روی پاسخ نهایی را محاسبه کرد و با تغییر مقادیر، بهینه‌سازی و… به پاسخ مطلوب رسید.کاهش زمان و هزینه ساختهزینه‌های ساخت خصوصا برای نمونه اولیه، معمولا بسیار زیاد است. مخصوصا اگر نیاز به طراحی مجدد، بهینه‌سازی طرح اولیه و… باشد. نرم‌افزارهای شبیه‌سازی با استفاده از امکاناتی که در بالا اشاره شد، از اتلاف هزینه و زمان جلوگیری می‌کند. اگر به اصول استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مسلط باشیم، با استفاده از دانش تئوری مناسب، می‌توانیم طرح‌هایی ارائه دهیم که بعد از ساخت، با دقت بسیار بالایی به پاسخ‌های مطلوب برسیم.نتیجه گیریدر بالا به تعدادی از مزایای مهم نرم‌افزارهای شبیه‌سازی اشاره کردیم. اما به این نکته توجه داشته باشید که صرف تسلط بر این نرم‌افزارها برای استفاده بهینه از آن‌ها، کافی نیست. داشتن اطلاعات تئوری کافی برای استفاده صحیح از امکانات نرم‌افزارهای شبیه‌سازی ضروری است. به‌عنوان‌مثال نمی‌توان انتظار داشت بدون دانستن اصول انتشار امواج و معادلات ماکسول، یک آنتن طراحی کنیم و انتظار عملکرد صحیح داشته باشیم!توصیه اکید ما به دانشجویان و فارغ‌التحصیلانی که درصدد یادگیری نرم‌افزارهای شبیه‌سازی در هر حوزه‌ای هستند، تسلط کافی به تئوری‌های موردنیاز آن حوزه است. زیرا داده‌های اولیه توسط شما به کامپیوتر معرفی می‌شود. اگر این داده‌ها و شرایط حل معادلات به‌درستی تعریف نشوند، مطمئنا به پاسخ مطلوب نخواهید رسید. ضمن اینکه در بسیاری از موارد، بررسی و رفع خطاهای نرم‌افزاری، نیاز به چنین دانشی دارد.منبع: آر-اف پلاستیم آر-اف پلاستیم آر-اف پلاسTue, 29 Oct 2019 20:34:33 +0330https://virgool.ir/@rfplus/چه-کامپیوتری-برای-نرمافزارهای-شبیهسازی-مناسب-است-x7bbo5t4eeibشبیه‌سازی الکترومغناطیس در حیطه فرآیندهای محاسباتی پرمصرف دسته‌بندی می‌شود! به‌این‌ترتیب کامپیوتری که برای استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی الکترومغناطیس استفاده می‌شود، باید کارایی  CPU، RAM  و گرافیک بالایی داشته باشد. منبع تغذیه و سیستم خنک‌کننده مناسب هم از دیگر نیازمندی‌های سیستم است.در یک سیستم‌عامل ۶۴ بیتی، استفاده بهتری از ظرفیت RAM می‌شود و امکان تخصیص پهنای باند بیشتر وجود دارد. هارد SSD هم برای افزایش سرعت و کارایی شبیه‌سازی توصیه می‌شود.شرکت‌های سازنده نرم‌افزارهای شبیه‌سازی ، توصیه می‌کنند که برای داشتن بیشترین بازدهی، سیستم با مشخصات زیر را تهیه کنید.پیشنهاد برای نرم‌افزار CST Studio Suiteشرکت CST توصیه می‌کند که سیستمی با مشخصات زیر از برندهای DELL، HP یا IBM تهیه شود.پردازنده Xeon با ۲ سوکت شرکت اینتل توصیه می‌شود.حافظه سریع از نوع DDR4 و RDIMM. پهنای باند زیاد حافظه برای رسیدن به بهترین کارایی در اکثر حل‌کننده‌های CST، ضروری است. پهنای باند RAM به تعداد ماژول‌ها و همچنین به نوع آن‌ها بستگی دارد. حداقل ظرفیت باید ۴G باشد که مقدار ۸G توصیه می‌شود.کارت گرافیک منطبق با OpenGL. برای داشتن کارایی مناسب در مدل‌سازی ۳ بعدی، بهتر است از کارت گرافیک سریع استفاده شود. کارت‌های گرافیک Quadro شرکت NVIDIA برای استفاده CST مناسب هستند.فضای خالی هارد در حدود ۳۰GB که مقدار ۶۰GB‌ برای کارایی بهتر توصیه می‌شود.پیشنهاد برای نرم‌افزار ANSYS HFSSشرکت ANSYS برای بهترین کارایی، سیستم با این مشخصات را توصیه می‌کند:روی فرکانس CPU تمرکز کنید تا تعداد هسته‌ها. پردازنده‌های Xeon شرکت اینتل توصیه می‌شودظرفیت RAM بسیار مهم است. یک RAM سریع با ظرفیت ۸GB به ازای هر هسته، توصیه می‌شودکارت‌های گرافیک Quadro شرکت NVIDIA برای شبیه‌سازی توصیه می‌شود. درایور کارت گرافیک را همیشه آپدیت نگه‌داریدبرای افزایش کارایی، استفاده از هارد SSD توصیه می‌شودپیشنهاد برای نرم‌افزار Keysight ADSشرکت Keysight برای نرم‌افزار ADS سخت‌افزار زیر را پیشنهاد می‌دهد:پردازنده تک هسته مناسب است اما استفاده از ۴ هسته، توصیه می‌شود.ظرفیت RAM حدود ۴GB برای شبیه‌سازی مناسب استفضای هارد ۱۰GB توصیه می‌شودپیشنهاد برای نرم‌افزار AWR Microwave Officeپیشنهاد شرکت AWR هم برای نرم‌افزار شبیه‌سازی به این شرح است:پردازنده ۲ هسته‌ای مناسب است ولی استفاده از پردازنده ۴ هسته‌ای ۶۴ بیتی توصیه می‌شودمقدار RAM حداقل ۴GBفضای خالی هارد ۱۰GB توصیه می‌شودپیشنهاد آر-اف پلاسهمانطور که اشاره شد، نرم‌افزارهای شبیه‌سازی برای انجام محاسبات، نیاز به CPU قوی و مقدار RAM کافی دارند. کارت گرافیک مناسب هم به مدل‌سازی و هم به پردازش کمک زیادی می‌کند. با توجه به این موارد، برای انتخاب سیستم مناسب به موارد زیر دقت کافی کنید:اول- اگر شبیه‌سازی‌های سنگین و پیچیده سه بعدی انجام می‌دهید، حتما از PC Desktop به‌جای Laptop استفاده کنید. کارایی سیستم‌های رومیزی بسیار بالاتر از Laptop است. چون منبع تغذیه نامحدود و فضای کافی برای خنک‌سازی CPU دارند.دوم- سیستم با مشخصات زیر پیشنهاد می‌شود:پردازنده Intel چهار/هشت هسته‌ای سری Core i7ظرفیت RAM حداقل ۸GB از نوع DDR4کارت گرافیک NVIDIA با حافظه حداقل ۲GBاستفاده از هارد SSD به عنوان بخشی از سیستم ذخیره‌سازی (مثلا ۱۲۸GB SSD در کنار ۱TB HDD)سوم- در Laptop در انتخاب پردازنده لپ‌تاپ دقت کنید که از سری U نباشد. سری U مصرف برق کمتری دارند، در نتیجه کارایی آن‌ها کمتر است. بهتر است سری HQ را انتخاب کنید.چهارم- لپ‌تاپ‌های سری گیمینگ، کارایی خوبی دارند. با وجود قیمت بالای آن‌ها نسبت سایر لپ‌تاپ‌ها، برای شبیه‌سازی سه بعدی مناسب‌تر هستند!منبع: آر-اف پلاستیم آر-اف پلاستیم آر-اف پلاسMon, 28 Oct 2019 21:25:10 +0330https://virgool.ir/@rfplus/سه-نرمافزاری-که-یک-مهندس-مخابرات-باید-کار-با-آنها-را-بداند-g5z7rfty94cqدر این مقاله ۳ نرم افزار تخصصی که از ملزومات یک مهندس مخابرات در دانشگاه و صنعت است، معرفی می‌شوند. لزوم فراگیری این نرم افزارها ازآنجاست که برای ساخت یک سیستم یا زیرسیستم که اهداف تعریف‌شده را برآورده سازد، نیازمند مدل‌سازی و شبیه‌سازی دقیق هستیم تا قبل از پیاده‌سازی، یک دورنمای عملی تقریباً کامل ازآنچه طراحی‌شده است، ترسیم کنیم. ضریب اطمینان ساخت را بالا برده و مشکلات احتمالی را در طرح اصلاح کنیم.۱- شبیه‌ساز سه‌بعدی: نرم افزار CST Studio Suite یا نرم افزار HFSSنرم‌افزارهای شبیه‌سازی 3 بعدی الکترومغناطیسهر دوی این نرم افزارها برای طراحی، مدل‌سازی و شبیه‌سازی ساختارهای پیچیده سه‌بعدی مانند انواع آنتن‌ها، ادوات ماکروویو و حتی مباحث EMC/EMI کاربرد دارند. نرم‌افزار CST Studio از روش معادلات انتگرالی و حل در حوزه زمان و فرکانس بهره می‌گیرد درحالی‌که نرم‌افزار HFSS از روش ممان و المان محدود برای حل معادلات استفاده می‌کند. دقت هردوی این نرم افزارها قابل قبول است و با کسب تجربه در انجام تنظیمات مناسب، می‌توان به بهترین نتیجه برای ساخت رسید.مجموعه CST Studio Suite که اکنون زیرمجموعه شرکت Dassault System است، مجموعه ای از ۷ نرم افزار مختلف است که در کنار هم قرار داشته و در ارتباط با یکدیگر گستره وسیعی از نیازها را پوشش می‌دهد، به‌طوری‌که امکان استفاده از نتایج شبیه‌سازی یک نرم افزار، در دیگری قابل استفاده است. مجموعه نرم‌افزارهای شرکت ANSYS در حوزه الکترونیک و مخابرات هم کامل است و امکان استفاده از خروجی یک نرم افزار در دیگری وجود دارد، در نسخه‌های جدید بانام Electronics Desktop به‌صورت یکپارچه و در قالب یک پکیج منتشر شده است.۲- شبیه‌ساز سیستم: نرم افزار Advanced Design System یا نرم افزار AWR Microwave Officeنرم‌افزارهای شبیه‌سازی مدارات الکترونیک و فرکانس بالااز این دو نرم افزار می‌توانید برای طراحی و شبیه‌سازی سیستم‌های مخابراتی، مدل‌سازی زیرسیستم‌ها، طراحی مایکرواستریپ و… استفاده کنید. نرم افزار ADS محصول شرکت Keysight، یکی از کامل‌ترین نرم افزارهای این مقوله به شمار می‌رود که با امکانات فراوانی که در اختیار کاربر می‌گذارد تحلیل دقیقی ارائه می‌کند. نرم افزار Microwave Office دارای محیطی متفاوت با کاربری آسان‌تر است که همانند ADS تحلیل دقیقی از سیستم و زیرسیستم‌ها ارائه می‌کند. ویزاردهای موجود در این دو نرم افزار، با ارائه طرح‌های آماده و قابل ویرایش(مثلاً برای طراحی فیلتر)، طراحی زیر سیستمها را برای یک مهندس مخابرات آسان‌تر می‌کند.هردوی این نرم افزارها قابلیت استفاده از موتور پردازشی نرم­ افزار CST Studio را برای افزایش دقت و سرعت محاسبات، خصوصاً در شبیه‌سازی‌های دوبعدی و دو و نیم بعدی دارند.۳- نرم افزار محاسباتی قوی: MATLABنرم‌افزار MATLAB برای تحلیل سیستمی و مهندسینرم افزار MATLAB یکی از پرکاربردترین نرم افزارها در رشته‌های مهندسی است که با توجه با داشتن کتابخانه‌های متنوع و جعبه‌ابزارهای تخصصی، به‌عنوان یک نرم افزار بین‌رشته‌ای قوی مطرح‌شده است.توابع فراوان موجود در این نرم افزار، تقریباً تمام مسائل مهندسی را پوشش می‌دهد. ضمن اینکه هرکجا لازم باشد با کدنویسی ساده، می‌توان تابع موردنیاز را به‌راحتی ساخت. با استفاده از توابع گرافیکی نرم افزار MATLAB، قادر خواهید بود، طرح‌های بسیار پیچیده سه‌بعدی را به‌راحتی رسم کرده و از هر زاویه‌ای و با هر برشی آن‌ها مشاهده کنید.حل معادلات چند مجهولی، با درجات بالا، حل معادلات با مشتقات جزئی، حل معادلات دیفرانسیل، محاسبه انتگرال معین و نامعین و… از ویژگی‌های عمومی این نرم افزار قدرتمند است. ضمن اینکه با استفاده از بسته‌های Toolbox در این نرم افزار قادر خواهید بود انواع دستگاه‌ها را مدل‌سازی و شبیه‌سازی کنید. به‌عنوان‌مثال RF Toolbox و RADAR Toolbox‌ می‌توانند برای یک مهندس مخابرات بسیار کاربردی باشند.منبع: آر-اف پلاستیم آر-اف پلاستیم آر-اف پلاسSun, 27 Oct 2019 23:29:47 +0330