간단한 Coaxial T Notch Filter 예제를 통해 Microwave Studio의 기본적인 해석 흐름을 알아보자.
1. 초기 실행
처음 실행하면 아래와 같은 형태로 프로그램이 실행된다. (Web에서 잘 보이도록 화면을 줄여놓은 것임) Microwave Studio는 첫 실행 즉시 작업에 들어갈 수 있도록 되어 있다. 대부분의 중요 메뉴기능들은 상단에 아이콘으로 정리되어 있고, 왼쪽에 윈도우의 탐색기 같은 형상의 관리창이 떠있다. 왼쪽의 관리창을 통해 오른쪽의 메인 화면의 display 내용이 변화되는 일체형 창 구조이다.
2. Unit 설정
제일 먼저 Solve -> Unit 메뉴에서 해석하고자 하는 구조물의 Unit을 설정한다.
3. Drawing
MWS는 ACIS 계열의 drawing core를 사용한다. 간단한 원기둥 그림을 그리는 과정을 아래에서 예를 들어 보도록 한다.
우선 위의 drawing 아이콘들 중에서 Cylinder 그림을 선택한다.
화면에 존재하는 기준면에 마우스로 중심점과 반경, 높이 등을 마우스로 찍거나 해당 값을 입력하면 아래와 같이 최종 개체 설정창이 뜨게 된다. 여기서 개체의 이름을 지어준 후에 맨 아래 Layer에서 재질을 정해준다. MWS에서 'Layer'란 재질 특성을 의미한다.
만약 새로운 재질을 설정하고 싶다면, 위의 메뉴창 아래에서 New를 선택하여 아래와 같이 재질 생성창을 불러와서 설정한다. 여기서 한가지 유념하여 볼 것은, MWS는 개체를 만들 때 동시에 재질을 설정하는 방법을 쓰고 있다는 점이다.
최종 적으로 OK를 누르면 화면 왼쪽과 같이 완성된 개체의 모습이 나타난다. 계속해서 그림을 그리면 이러한 재질들은 맨 왼쪽의 관리창에 오른쪽 아래 그림과 같이 윈도우의 tree 구조처럼 추가된다.
위의 관리창 tree 구조를 잘 보면 알겠지만, Layer 디렉토리 밑에 각각의 재질별로 개체가 관리된다. 재질이나 개체를 지울 때는 해당 개체를 마우스로 선택하고 delete키만 누르면 간단히 지워진다. 또한 이름을 변경할 때 역시 윈도우 탐색기를 쓰듯이 그냥 이름 부분을 천천히 두 번 클릭하면 곧바로 이름을 바꿀 수 있는 등, 관리창을 이용하면 개체와 해석과정 관리와 수정을 초보자도 쉽게 할 수 있다.
아래 그림은 몇 개의 cylinder를 추가하여 만들어진 최종적인 Coaxial Notch Filter의 Wire형상, Solid형상, 단면도 형상이다.
4. Port 설정
MWS의 포트 설정법은 다른 3D tool과 같은 원리가 적용되며, 면찍기 기능을 이용하여 설정한다. 일단 상단의 Pick face 아이콘을 선택한 후(1) 포트로 삼고자 하는 부분을 마우스로 클릭하면(2) 아래 오른쪽 그림과 같이 빨간 점들이 찍히면서 선택된다. 그후 상단에서 Waveguide Ports 아이콘을 선택하면(3) 포트가 지정된다.
(1)
(2)
(3)
Waveguide Port를 선택하면 우선 아래와 같이 포트조절 메뉴가 나오는데, 특별히 mode 갯수를 조정하거나 미세하게 포트 크기를 조정할 것-이 아니라면 그냥 default 값을 사용하면 된다. OK를 누르고 나면 아래 그림처럼 화면에 빨간 네모 형상으로 포트가 나타난다.
5. 주파수 범위 설정
해석하고자하는 주파수 범위를 설정한다. MWS는 Time Domain Solver이기 때문에 기본적으로 광대역 계산이 용이하다. 그래서 보통 해석 주파수 범위에 따른 정확도 오차는 거의 없으며, 가능하면 주파수 0에서부터 충분히 보고자 하는 만큼의 최대 주파수 범위까지 입력한다. 물론 필요 이상의 높은 최대 주파수를 입력하면 mesh가 너무 많이 생기므로 적당한 크기를 선택한다.
주파수 범위를 입력하여면 아래와 같이 상단의 Frequency Range 아이콘을 눌러서 최소, 최대 주파수를 입력한다.
6. Background Material 설정
3D tool은 대체로 Closed Structure를 기본으로 하기 때문에, 재질설정이 되어있지 않은 3차원 영역은 금속으로 자동 할당되게 되어 있다. 이러한 아무런 개체가 존재하지 않는 영역의 재질을 Bacground Material이라고 하는데, Solve -> Background Material 에 들어가면 아래와 같이 설정할 수 있게 되어 있다.
Default 로는 PEC(완전도체)로 되어 있는데, 이러한 동축선 해석의 경우는 이 설정 그대로 쓰는 편이 Outer conductor를 그릴 필요가 없어서 편리하다. 만약 안테나나 Microstrip 등의 개방면이 있는 해석이라면 Background의 Layer type을 Normal로 설정하고 유전율을 1로 해야 한다. (즉 공기로 설정한다) 아래에 있는 Surrounding space는 Open Structure 해석시 (즏 Layer type = Normal)일 때 각 축의 6가지 방향으로 계산공간을 더 늘여주는 기능을 한다. 이 수치는 개체 각 방향의 맨 끝에서 얼마나 공간을 더 확보하느냐이므로 - 값이 아니라 모든 방향으로 +값을 줘야 한다. 즉 절대 좌표값이 아니라 거리값이다.
7. Boundary Condition 설정
최외곽의 경계면을 설정하는 것으로서, Background Material이 PEC로 되어 있으면 손댈 필요는 없다. 주로 Open Structure 일 때 최외곽에서 전자파가 어떻게 처리되어야 할지를 설정하는데 사용된다. Solve -> Boundary Condition 메뉴에 들어가면 아래와 같이 창이 뜨는데, 여기서 각 방향 맨 끝면의 경계면을 각각 설정하게 된다. 이 예제에서는 아무런 경계면을 설정할 필요가 없으나, 위에 있는 대칭면 해석 메뉴에서 YZ 플레인을 기준으로 대칭 설정을 하면 계산시간이 반으로 줄기 때문에 추가적인 설정을 하였다. (이 부분은 대칭면 해석 설명 부분을 참조할 것)
8. 해석
MWS에서는 기본적으로 3가지 Solver가 들어 있다. 크게 Transient Solver와 Frequency Domain Solver, Eigenmode Solver가 있어서 각각 시간축 해석, 주파수축 해석, 공진 해석을 할 수 있다. 이중 주로 사용하는 것은 Transient Solver로서, Solve 메뉴에서 선택하거나 아이콘을 누르면 된다.
Transient Solver를 선택하면 아래와 같이 해석메뉴창이 뜨며, 특별한 경우가 아니면 default 상태에서 그대로 Start Solver 버튼을 눌러서 해석을 시작한다.
9. S 파라미터 결과보기
해석이 끝나고 나서 그래프 결과를 보려면 왼쪽 관리창에서 1D Result를 보면 된다. 다양한 그래프 결과중에서 |S| dB를 선택하면 S 파라미터가 화면에 출력된다.
10. 필드결과보기
MWS에서는 기본상태에서는 필드 해석결과를 저장하지 않는다. 필드결과는 자주 보는 편이아님에도 불구하고 하드디스크 공간을 가장 많이 차지 하기 때문에, 해석하기 전에 사용자가 어떤 주파수의 필드를 볼 것인지 결정해주어야 한다. 언뜻 보면 불편해보이지만, 필요한 것만 효율적으로 저장하기 때문에 하드 공간의 활용효율이 크게 높아진다.
필드를 보려면 상단의 Field monitors 아이콘을 선택하여, 아래 메뉴창에서 보고자 하는 주파수와 어떤 종류의 필드를 볼 것인지 선택해준다.
이렇게 미리 설정하고 해석을 시도하면 아래와 같이 필드 결과 값을 왼쪽 관리창의 2D Result 결과보기에서 확인할 수 있다. 출력 형식은 등고선부터 3D 플롯까지 다양한 형태로 볼 수 있다.
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