1

Tietoliikennelaboratorio

Super NECEM-SimulointiohjelmistoEM Simulation Package

521365S Tietoliikenteen simuloinnit ja työkalut

2008

2

TIL

SNEC

Sisältö

• Mikä se on?

• Yleistä

• MoM/UTD

• SNEC - Input Interface

• Syöttötiedot

• Tulostiedot

• Käsikirjat

• Käyttöjärjestelmäalustat

• Rakenteet ja Antennit

• Esimerkki1 - Yagi

2

3

TIL

SNEC

Mikä se on?—What it is?

• Momenttimenetelmän (MoM) ja yleiseen diffraktiomenetelmään (UTD) pohjautuva sähkömagneettisten kenttien simulointiohjelmisto antennirakenteiden suunnitteluun ja analysointiin

• SuperNEC is a hybrid Method of Moment (MoM) / Unified Theory of Diffraction (UTD) antenna analysis program

4

TIL

SNEC

Mikä se on?—What it is?

• Taustalla FORTRAN-kielinen NEC-2-ohjelma (Numeric Electromagnetic Code)

• Alkuperäisen NEC-2-kirjaston optimoitu versio (1989)– Windows- ja Unix-/Linux-alustoille

– Hyödyntää rinnakkaislaskentaa (Parallel Virtual Machines, PVM)

• Based on NEC-2 (Numeric Electromagnetic Code) subroutines written for FORTRAN

• Optimised version of the original NEC library– for Windows- and Unix-/Linux Platforms

– Parallel computing by using Parallel Virtual Machines, PVM

3

5

TIL

SNEC

Mikä se on?—What it is?

• Hyödyntää

– momenttimenetelmää (MoM) ja

– yleistä diffraktioteoriaa (UDT)

• Hybrid of Method of Moment (MoM) / Unified Theory of Diffraction (UTD),

6

TIL

SNEC

Mikä se on?—What it is?

• Lisenssit

– Opiskelijat ja opettajat: ilmainen konekohtainen lisenssi

– Ohjelmiston voi ladata suoraan netistä osoitteesta http://www.supernec.com/

• License fee

– Free academic license for students and teachers

– The software can be downloaded athttp://www.supernec.com/

4

7

TIL

SNEC

Yleistä — Overview

• NEC-kirjasto on koodattu uudelleen

– olio-ohjelmointipohjalle (C++)

• Engine redesigned

– using Object Oriented Design implemented in C++.

8

TIL

SNEC

Yleistä — Overview

• Geometrisen ja yleisen diffraktioteorian yhdistäminen GTD/UTD mahdollistaa suurten pintojen mallintamisen

• Helppokäyttöiset ja muokattavat graafiset käyttöliittymät 3D syöttötietojen ja tulosten tarkasteluun

• GTD/UTD hybridisation allows efficient modeling of large surfaces.

• Easy to use, customizable, 3D input and output Graphical Interfaces.

5

9

TIL

SNEC

Yleistä — Overview

• Käyttöliittymä toteutettu Matlabilla

– Toiminnan ohjaus myös suoraan Matlabista funktioiden tai komentojonojen (script) avulla

– Käyttö on mahdollista myös ilman Matlab-lisenssiä

– Verkkolisenssit useammalle käyttäjälle

• Full program functionality/scripting abilities via Matlabcommand line calls for full customer customization.

– Package available with Matlab runtime license for users without Matlab.

– Network licenses available for multiple users.

10

TIL

SNEC

Yleistä — Overview

• Kattava HTML –pohjainen opastus

– lähtien perustaidoista

– simuloinnin taustalla olevaan teoriaan saakka

• Comprehensive HTML help including topics ranging from basic program usage all the way through to engine theory.

6

11

TIL

SNEC

Yleistä — Overview

• Rinnakkaislaskenta optiona

– laajamittaiset rakenneanalyysit

– käyttää TCP/IP –verkkoon kytkettyjä työasemia

• Parallel execution option available for very large problems. Makes use of many computers linked on a TCP/IP network (parallel version operates as a distributed memory parallel network) .

12

TIL

SNEC

MoM/UTD

• Mukana kaikki NEC2 -kirjaston MoM-funktiot

– nopeampi kuin FORTRAN-pohjainen NEC

• MOM/UTD-hybridi

– ottaa huomioon impedanssimatriisin muutokset esim. kun dipolin koko kasvaa � kuvaus muuttuu GTD:n (Geometrical Theory of Diffraction) mukaiseksi sylinteriksi

– mukana elliptiset sylinterit ja suorasärmäiset kappaleet

– laskennassa mukana 3-kertaiset diffraktio- ja/tai heijastus -komponentit

• MoM theory based on NEC2 basis/testing functions.

– All NEC2 features available.

– UTD hybrid on level of impedance matrix interactions added eg: Dipole impedance changes when approaching GTD cylinder.

– Faster execution than FORTRAN implementation (on pure MoM).

– UTD objects include elliptical cylinders and flat plate polygons. (Up to triple diffraction/reflection components)

7

13

TIL

SNEC

MoM/UTD

• Analysoitavalla rakenteella ei ole kokorajoituksia

– Dynaamiset data-rakenteet

– Työaseman massamuisti asettaa rajat

• No dimension limits on anything (except by physical memory) due to dynamic datastructures.

14

TIL

SNEC

MoM/UTD

• Ratkaisujen laskenta

– suoran LU-hajotelman avulla (kuten useimmissa muissa simulaatio-ohjelmissa)

– tai nopeammilla menetelmillä (iteratiiviset menetelmät, harvojen matriisien nopeat ratkaisumenetelmät)

• Solution can be calculated by

– direct LU-decomposition (as used by most other simulation software) or

– using faster methods such as: iterative methods (bi-conjugate gradient stabilised, sparse iterative method) or Simply Sparse for solving large problems quicker, using less memory.

8

15

TIL

SNEC

Super NEC — Input Interface

• 3D rakenteiden suunnittelu / katselu

– siirrä, kopioi, poista, heijasta, pyöritä

• 3D structure viewer/editor

– Move, copy, delete, reflect, rotate

16

TIL

SNEC

Syöttötiedot — Input

• Valmiit rakenteet (assembly) helpottavat suunnittelua– toteutettu muokattavina Matlab M-tiedostoina

– dipolit, yagit, heliksit, LPDA-tasot, laatikot, paraboliset lautaset, ajoneuvot, lentokoneet, jne.

– rakenteet voivat koostua muista yksinkertaisemmista perusrakenteista

• Use of assemblies to aid in model construction. – Assemblies are higher level structures implemented using

Matlab language m files, which users can use/add /modify.

– Examples of assemblies include dipoles, yagis, helixes, LPDAsplates, boxes, parabolic dishes, vehicles, aircraft etc. Assemblies may also consist of other assemblies.

9

17

TIL

SNEC

Syöttötiedot — Input

• Mallin tarkistus

– Truemanin ja Kubinan säännöt

– muokattavat raja-arvot

• Model checking according to Trueman and Kubina'srules with user defined limits.

18

TIL

SNEC

Syöttötiedot — Input

• Automaattinen segmentointi

– varmistaa että malli pysyy teorian asettamissa rajoissa

• Kattava simuloinnin kontrolli

– taajuuden valinta, maatason valinta, herätteen valinta, säteilykuvioiden valinta, laskenta-asetusten valinta

• Automatic segment gridding at model frequency, to help ensure that models stay within theory limits.

• Full control interface

– freq, ground, excitation, pattern requests, solver settings

10

19

TIL

SNEC

Tulostiedot — Output

• 2D/3D antennirakenteen ja säteilykuvioiden samanaikainen tarkastelu– napakoordinaatisto / suorakulmainen koordinaatisto

– lineaarinen / logatritminen asteikko

– impedanssisovitus: Smithin kartta, paluuhäviö, seisovan aallon suhde (VSWR), vahvistus, säteilytehokkuus, kytkeytyminen

– piirianalysaattorista tutut markkerit ja arvon näytöt

• 2D/3D polar and rectangular radiation pattern plots with structure overlay.– Impedance, Smith Chart, return loss, VSWR, gain, efficiency,

coupling, log scales etc. plots with Network Analyser style markers and legends)

20

TIL

SNEC

Tulostiedot — Output

• 2D/3D antennirakenteen ja säteilykuvioiden samanaikainen tarkastelu

– virtajakaumat (rakenteen päälle väreillä piirrettynä)

– lähi-/kaukokentät (ääriviiva / väri jne.)

• 2D/3D polar and rectangular radiation pattern plots with structure overlay.

– Current distributions (colour mapped on structures)

– Near fields / far fields (contour/colour etc)

11

21

TIL

SNEC

Käsikirjat — Manuals

• Aloitusopas

– asennuksen ja käytön lyhyt opastus

• Getting Started

– Assists the user to install the software and gives a short tutorial on how to use SuperNEC

22

TIL

SNEC

Käsikirjat — Manuals

• Käyttöliittymä: Syöttötiedot - käyttäjän käsikirja

– rakennemallien laatiminen ja simuloiminen

• Käyttöliittymä: Tulostiedot - käyttäjän käsikirja

– SuperNEC -tiedostojäsennin ja graafiset apuvälineet

• GUI Input User Reference Manual

– This manual documents the structure editor and all aspects regarding the generation and simulation of SuperNECmodels.

• GUI Output User Reference Manual

– This documents the SuperNEC file parser and all the output graphical utilities available in SuperNEC.

12

23

TIL

SNEC

Käsikirjat — Manuals

• Geneettisen algoritmin optimoinnin käyttäjän käsikirja

– GA-teoria ja sen käyttö SuperNEC:issä

• Genetic Algorithm optimiser user manual.

– provides theory on GA’s its usage in SuperNEC.

24

TIL

SNEC

Käsikirjat — Manuals

• MoM/UTD hybridin käyttäjän käsikirja

– SuperNEC:in komennot, syöttötiedoston rakenne. Tarpeen niille, jotka käyttävät SuperNEC:iä laskentakoneena ilman graafista liittymää

• MoM/UTD Hybrid User Reference Manual

– command line reference to the SuperNEC engine, construction of a SuperNEC input file for the engine. (only required if you want to manually construct your own SuperNEC input files without using the structure editor).

13

25

TIL

SNEC

Käsikirjat — Manuals

• Rinnakkaismomenttimenetelmän käyttäjän käsikirja

– SuperNEC:in käyttö rinnakkaislaskentaan Windows-alustalla

• Parallel MoM User Reference Manual

– The manual that documents the setting up of the parallel SuperNEC for Windows machines.

26

TIL

SNEC

Käsikirjat — Manuals

• Yleisen diffraktioteorian tekninen käsikirja

– UTD –teorian soveltaminen SuperNEC:in lähdekoodissa

• UTD Technical Reference Manual

– The technical documentation for the UTD aspects of the SuperNEC code.

14

27

TIL

SNEC

Käsikirjat — Manuals

• Momenttimenetelmän tekninen käsikirja

– MoM –teorian soveltaminen SuperNEC:in lähdekoodissa

– Selvittää sähkömagneettisen aallon etenemiseen liittymäämatematiikkaa

• MoM Technical Reference Manual

• The SuperNEC technical reference manual which documents the MoM theory used in the code.

28

TIL

SNEC

Alustat — Platforms

• Tuetut käyttöjärjestelmät

– Windows 95,98,2000, Me,NT,XP

– Linux

• Operating systems supported

– Windows 95,98,2000, Me,NT,XP

– Linux

-

15

29

TIL

SNEC

Rakenteet — Structures

• Suuri joukko valmiita rakenteita

• A number of structures are also included with SuperNEC

30

TIL

SNEC

Rakenteet — Structures

• Box Laatikko

• Cone Kartio

• Cylinder Sylinteri

• Ellipse Ellipsi

• Extrusion Kulma/Leuka

• Mast Masto

• Parabolic dish Parabolinen lautanen

• Plate Taso

16

31

TIL

SNEC

Rakenteet — Structures

• Rectangular pipe Suorakulmainen putki

• Semi cylinder Puolisylinteri

• UTD disk UTD kiekko

• UTD rectangular pipe UTD suorakulminen putki

• UTD triangle UTD kolmio

• Wire Suora lanka

• Wires Polveileva lanka

32

TIL

SNEC

Antennit — Assemblies

• valmiiksi suunniteltuja antennirakenteita

– SuperNEC luo rakenteet annettujen parametrien mukaan

– ominaisuuksia voidaan muuttaa

– Käyttäjä voi lisätä rakennemalleja kirjastoon

• predefined antenna structures

– SuperNEC generates the required antenna from the user-defined parameters

– user can tweak the parameters of the defined antenna

– user can define new assemblies

17

33

TIL

SNEC

Antennit — Assemblies

• Bowtie Rusetti

• Corner array Kulma-antenniryhmä

• Corner Reflector Kulmaheijastin

• Dipole Dipoli

• Discone Kartio

• Folded dipole Taitettu dipoli

• Horn Torviantenni

• Log periodic dipole array Log-periodinen dipoliryhmä

• Log periodic monopole arrayLog-periodinen monopoliryhmä

34

TIL

SNEC

Antennit — Assemblies

• Loop Silmukka

• Monopole Monopoli

• Patch Mikroliuska

• Patch antenna with L feed Mikroliuska (L-syöttö)

• Quadpatch 4-osainen mikroliuska

• Helix Heliksi

• Quadrafilar helix 4-kierteinen heliksi

• Rectangular loop Suorakulmainen silmukka

• Wire conic Lankakartio

• Yagi Yagi

18

35

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Add-Assembly-antennas-snyagi

36

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Antennirakenne

• Assembly

19

37

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Edit-Simulation settings

– Frequency

38

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Edit - Simulation settings

– Radiation patterns

20

39

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Simulate - Simulate

40

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Tulosten tarkastelu - Output interface

21

41

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Suuntakuvio

• Radiation pattern

42

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Virtajakauma

• Current distribution

22

43

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Seisovan aallon suhde

• VSWR

44

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• Smithin kartta

• Smith chart

23

45

TIL

SNEC

Example 1 — Yagi

• 2D säteilykuvio

• Azimuth plot

46

TIL

SNEC

Example 2 — Monopole

• Sähköiset arvot

• Dielectric results