Spark3D
Bestimmt das Leistungsniveaus des RF-Durchschlags in passiven Geräten
Was ist Spark3D?
Spark3D ist ein einzigartiges Simulationstool zur Bestimmung des Leistungsniveaus des HF-Durchschlags in einer Vielzahl von passiven Geräten wie Resonatoren, Wellenleitern, Mikrostreifenleitern und Antennen. Spark3D kann Feldergebnisse aus Simulationen der CST Studio Suite direkt importieren, um den Vakuumausfall (Elektronenresonanz) und die Gasentladung zu analysieren. Auf dieser Grundlage berechnet Spark3D die maximale Leistung, die das Gerät verarbeiten kann, ohne dass es zu Entladungseffekten kommt.
Typische Näherungsansätze zur Bestimmung des Leistungsniveaus des HF-Durchschlags einer Komponente sind bewusst konservativ gehalten. Spark3D basiert auf fortschrittlichen Methoden, die Durchschlagsphänomene numerisch analysieren, realistischere Durchschlagsleistungsniveaus prognostizieren und so die Designmargen verbessern.
Spark 3D – Hauptmerkmale
- Import der elektromagnetischen Felder aus verschiedenen EM-Solvern
- Automatische Bestimmung der Durchschlagsleistungsschwelle
- Definition von Analysefeldern zur Auswahl der kritischen Bereiche für die Analyse
- Ausgabeoberfläche mit umfassenden Simulationsdaten in Form von Tabellen, Schaubildern und 3D-Ansichten
Spark3D ist ein optionaler Bestandteil von CST Studio Suite® und auch als eigenständiges Angebot erhältlich.
- Elektronenresonanzanalyse
- Simulation der Gasentladung
Elektronenresonanzanalyse
HF-Durchschlag im Vakuum
Der Elektronenresonanz-Effekt ist eine Mikrowellen-Durchschlagsentladung, die unter Vakuumbedingungen bei hohen Frequenzen auftritt und durch die Bildung einer Elektronenwolke verursacht wird. Hochenergetische Elektronen kollidieren mit den Wänden eines Geräts, geben Sekundärelektronen ab und erzeugen schließlich eine Elektronenlawine. Die kontinuierliche Freisetzung von Elektronen führt zur Bildung von Elektronenplasma, das die Reaktion der Komponente verschlechtert.
Mit Spark3D kann der Anwender unter Berücksichtigung der 3D-EM-Feldverteilung vollständige numerische Simulationen des Elektronenresonanz-Effekts durchführen. Zur Durchführung dieser Simulation emittiert Spark3D Elektronen in der Komponente, verfolgt deren Bewegungsbahnen und überprüft die Entwicklung der Elektronenanzahl im Zeitverlauf.
Gasentladungsanalyse
HF-Durchschlag in Gasen und Plasma
Die Gasentladung (auch bekannt als Koronaentladung oder Ionisationsdurchschlag) ist eine Mikrowellen-Durchschlagentladung in gasgefüllten Komponenten, die durch die Bildung einer Elektronenwolke verursacht wird. Hochenergetische Elektronen kollidieren mit Gasmolekülen, geben durch Ionisation mehr Elektronen ab und erzeugen schließlich ein Elektronenplasma. Dieses Plasma verschlechtert die Reaktion der Komponente und kann sie schließlich zerstören.
Mit Spark3D kann der Anwender unter Berücksichtigung der 3D-EM-Feldverteilung vollständige numerische Simulationen des Koronaeffekts durchführen. Spark3D löst die Gleichung für die Kontinuität der freien Elektronen in der Komponente und prüft, ob die Elektronendichte bei einer bestimmten Eingangsleistung im Zeitverlauf zunimmt. So können Anwender die Durchschlagsspannung und den Leistungspegel ihrer Geräte berechnen.
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Häufig gestellte Fragen zum HF-Durchschlag
Das Modul Spark3D Corona basiert auf einem numerischen Algorithmus, der eine angepasste FEM-Technik verwendet, um die Kontinuitätsgleichung der freien Elektronendichte aufzulösen. Das Spark3D Multipactor-Modul basiert auf einem vollständigen 3D-Elektronentracker, der einen Leap-Frog-Algorithmus für die Pfadintegration und das Vaughan-Modell für die SEY-Charakterisierung von Materialien verwendet. Diese ermöglichen eine Durchschlagsanalyse in komplizierten Strukturen, die willkürliche Formen und kurze Berechnungszeiten beinhalten.
Die Durchschlagsanalyse modelliert elektrische Felder in einem Gerät unter Berücksichtigung des Partikelverhaltens und der Durchschlageigenschaften der Medien im Inneren der Komponente, um mögliche Elektroresonanz- und Koronaentladungsrisiken zu identifizieren.
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