Model yazma

Model dosyaları

Model, üç öğe tanımlayan düz bir Python dosyasıdır:

• MODEL: id, name, description ve isteğe bağlı reference içeren sözlük.
• PARAMS: fairbeam.Param(key, default, label, unit, description, minimum, maximum) listesi. default türü, --set değerlerinin nasıl ayrıştırılacağını belirler (int, float veya str).
• build(p: dict) -> Simulation: çözülmüş parametre değerlerini alır; geometri, portlar, mesh ve isteğe bağlı NF2FF kutusuyla tamamen yapılandırılmış fairbeam.Simulation döndürür.

Mesh oluşturma: geometri ve portlardan sonra (add_nf2ff_box öncesinde) sim.auto_mesh() çağırarak tüm mesh'i geometriden üretin: metal kenarlarında üçte bir kuralı, dar şeritler boyunca ince hücreler, çözümlenmiş dielektrik katmanları, kademeli hava ve λ/4 pay. Yakınsamış, elle ayarlanmış mesh'lerle %0,1 içinde uyuşur (Otomatik mesh oluşturma). Düzenleyici şablonları bunu kullanır.

Simulation, olağan openEMS/CSXCAD nesnelerini sarar (sim.fdtd, sim.csx, sim.mesh). Normal CSXCAD çağrılarını kullanabilirsiniz. metal, dielectric, lumped_port, waveguide_port, lumped_resistor (ideal R/L/C için ayrıca lumped_element, lumped_inductor, lumped_capacitor; bkz. Proje paketi biçimi), add_nf2ff_box, smooth_mesh ve set_focus yardımcıları, görüntüleyici ve VBA makro dışa aktarıcısının gerektirdiği üst verileri de kaydeder (kayıp tanjantı, port tanımları, faz merkezi, varsayılan kadraj). sim.metal(name) mükemmel iletkendir; sim.metal(name, conductivity=5.8e7, thickness=0.035) (S/m, mm) kayıplı metaldir: levhalar belirtilen kalınlıkta openEMS iletken levhası, hacimler ise belirtilen iletkenliğe sahip malzeme olur.

Model bir tasarımcı dosyası da olabilir (<id>.design.json, bkz. Tasarımcı): fairbeam run, params, geometry, sweep, converge ve optimize, .py yerine bunu kabul eder; hazır dosyalar examples/designs/ içindedir. Ana ekran şablonlardan yeni tasarım oluşturur (boş tasarım, yarım dalga dipol, çeyrek dalga monopol, açık uçlu dalga kılavuzu, yama, baskı kılıflı dipol, mikroşerit hat).

# minimal strip dipole (the shipped python/models/dipole.py adds PML, thirds-rule edges and a finer
# mesh around the strip; this bare version resonates ~8 % low, see docs/VALIDATION.md)
from fairbeam import Param, Simulation

MODEL = {"id": "dipole", "name": "Half-wave dipole",
         "description": "Thin-strip dipole with a centre lumped feed."}

PARAMS = [
    Param("length", 58.0, "Total length", "mm", minimum=5),
    Param("width", 1.0, "Strip width", "mm", minimum=0.1),
    Param("gap", 1.0, "Feed gap", "mm", minimum=0.2),
    Param("f_min", 1.5, "Band start", "GHz", minimum=0.1),
    Param("f_max", 3.5, "Band stop", "GHz", minimum=0.2),
]


def build(p: dict) -> Simulation:
    sim = Simulation(p["f_min"] * 1e9, p["f_max"] * 1e9)      # MUR boundaries, DC-free pulse
    L, w, g = p["length"], p["width"], p["gap"]
    arm = sim.metal("dipole", label="Dipole arms")
    arm.AddBox(priority=10, start=[-w / 2, 0, g / 2], stop=[w / 2, 0, L / 2])
    arm.AddBox(priority=10, start=[-w / 2, 0, -L / 2], stop=[w / 2, 0, -g / 2])
    sim.lumped_port(1, 73, [-w / 2, 0, -g / 2], [w / 2, 0, g / 2], "z")

    sim.mesh.AddLine("x", [-80, -w / 2, w / 2, 80])
    sim.mesh.AddLine("y", [-80, 0, 80])
    sim.mesh.AddLine("z", [-100, -L / 2, -g / 2, g / 2, L / 2, 100])
    sim.smooth_mesh()                                           # λ/20 at f_max
    sim.set_focus([-10, -10, -L / 2 - 5], [10, 10, L / 2 + 5])
    sim.add_nf2ff_box(center=[0, 0, 0])
    return sim

fairbeam params python/models/dipole.py
fairbeam run python/models/dipole.py --set length=60

Yapı ile emici sınırlar arasında f_min frekansında en az λ/4 boşluk bırakın (PML_8 bu payın içindedir; MUR yaklaşık λ/2 gerektirir). Dahil edilen modeller (python/models/patch_antenna.py, python/models/sierpinski_monopole.py) kenar mesh'i, dielektrikler, PEC toprak sınırları ve fraktal geometriyi gösterir.

Dahil edilen modeller

python/models/ içindeki her modelin public/projects/ içinde simülasyon paketi ve Doğrulama içinde doğrulama bölümü vardır.

Düzlemsel olmayan geometri, dalga kılavuzu portları ve dairesel polarizasyon

• Eğik katılar: üçgen yüzlü CSXCAD Polyhedron olarak oluşturun (CSXCAD yalnızca üçgenleri doğru rasterleştirir; pyramidal_horn.py içindeki slab() işlevine bakın). Paket, görüntüleyici ve çizim çokyüzlüleri tam olarak yeniden üretir; auto_mesh her köşe koordinatına çizgi yerleştirir. Döndürülmüş şekiller (AddTransform) doğru simüle edilir ancak yalnızca sınırlayıcı kutu olarak dışa aktarılır.
• İnce teller: CSXCAD Curve (yarıçapsız nokta listesi), en yakın mesh kenarlarına yerleştirilir; auto_mesh uzanımını yarı boyutlu hücrelerle kapsar. Etkin yarıçapı bir hücrenin kesridir; bu nedenle giriş empedansı mesh'e bağlıdır (bkz. §14). Yarıçaplı Wire, hacim olarak rasterleştirilir ve yarıçaptan küçük hücreler gerektirir.
• Dalga kılavuzu portları: sim.waveguide_port(n, start, stop, "z", a, b, "TE10") kılavuz kesitini kapsar; uyarım start, problar stop düzlemindedir. Kılavuzu port arkasındaki PML içine uzatın (auto_mesh(pad=[q, q, q, q, 0, q]) o yüzü yapı üzerinde bırakır); geçtiği NF2FF yüzünü atlayın (add_nf2ff_box(directions=[1, 1, 1, 1, 0, 1])). S11, TE dalga empedansına göredir (Proje paketi biçimi). Kesiti tek bir homojen, dispersif olmayan malzemeyle dolu kılavuzda aynı değerleri porta da verin (eps_r=2.08, mu_r=1.0, yalnızca Python modelleri): referans, dolu kılavuzun β ve Z_TE değerlerini kullanır. Bu anahtarlar yalnızca referansı ayarlar; malzemeyi normal şekilde çizin. Verilmezse hava referansı korunur (python/examples/rectangular_guide_loss.py bunları kullanır).
• Dairesel polarizasyon: sim.cp_outputs = True, her uzak alana RHCP/LHCP yönlülük ve eksenel oran ızgaraları ekler.
• Örüntü frekansları: sim.pattern_freqs = [...] (Hz), varsayılan bant merkezlerini değiştirir; örneğin geniş bantlı antenlerde bant kenarları ve tasarım frekansı kullanılabilir.

Malzeme kütüphanesi

fairbeam.materials, yaygın anten malzemelerinin nominal değerlerini kaynaklarıyla içerir. Tasarımcıdaki Malzeme kütüphanesi penceresi (Modelleme şeridi, Malzemeler grubu, Kütüphane) aynı listeyi (src/designer/materials.ts) gösterir ve seçilen değerleri tasarıma kopyalar; böylece tasarım dosyası bağımsız kalır. Python modelinde ro = fairbeam.materials.get("ro4003c"), ardından sim.dielectric("sub", ro["eps_r"], tan_d=ro["tan_d"], tan_d_freq=ro["tan_d_freq"] * 1e9) kullanın. Laminatlar üretim partisi, kalınlık ve frekansa göre değişir; kritik tasarımlarda satın aldığınız laminatın veri sayfasını kullanın. openEMS kaybı sabit iletkenlikle modeller; tan δ belirtilen frekansta doğrudur (boşsa bant merkezi). Kütüphanedeki PEC mükemmel iletkendir; iletken kaybı için tasarım metaline conductivity (S/m, boş = PEC), levhalara ayrıca thickness (mm; varsayılan 0,035) verin.

Tasarımcıda bu yerleşik listenin yanında kişisel Malzemelerim listesi de vardır (tasarım malzemelerinden kaydedilir, çalışma klasörünün materials.json dosyasında saklanır; bkz. Tasarımcı). fairbeam.usermaterials bu dosyayı doğrular; Python modelleri okumaz, tasarım da bu dosyaya başvurmaz.

Uygulamada model yazma

fairbeam serve çalışırken (masaüstü uygulaması başlatır), Ana ekran › Python modelleri yoluyla açılan Python modelinin Çalıştır panelinde Model kodu sekmesi bulunur: CodeMirror düzenleyicide Python renklendirmesi ve ⌘F / Ctrl+F ile arama. Çalıştır panelindeki Yeni, Yeni model penceresini açar; Python modeli şablondan kaynak dosyası, Görsel tasarım ise .design.json oluşturur.

Ana ekrandaki Yeni Python modeli…, kaynak dosyasını oluşturur, çözücüyü çalıştırmadan geometrisini düzenlenebilir Tasarım'a dönüştürür ve kayıtlı kaynak koduyla Tasarım'ın Python panelini açar. Mevcut Python modeli satırlarında Çalıştır işlemi yanında Tasarım olarak aç bulunur; bağlı tasarım varsa yeniden açılır. Dönüştürme başarısız olursa Python kaynağı kayıtlı kalır ve Çalıştır panelinin kod düzenleyicisinde açılabilir. Dönüştürmeden sonra kaynak dosyası değişirse Tasarım Python paneli bunu bildirir; kod burada gözden geçirilip yeniden uygulanabilir.

• Yeni model (Python modeli), python/templates/ içindeki şablondan modeller klasöründe (python/models/ kaynak kopyasında, ~/Documents/Fairbeam/models/ masaüstü uygulamasında) <id>.py oluşturur:

  Şablon	Gösterdiği özellikler
  blank.py	Sonlu toprak düzleminde ayrık portlu metal çubuk; her bölüm açıklanır (kimlik, parametreler, çözücü, geometri, port, mesh, kadraj)
  dipole.py	Ortadan beslemeli ince şerit yarım dalga dipol
  monopole_on_ground.py	Sonsuz toprak üzerinde çeyrek dalga monopol (PEC yarı uzay sınırı)
  patch_probe_fed.py	Sonda (ayrık port) beslemeli alttaş, toprak ve yama
  microstrip_line.py	İki uçta ayrık portlu hat. Port 2 excite=False olarak tanımlıdır; ancak fairbeam run dört porta kadar tüm portları uyarır (--excite, bkz. Çok portlu yapılar); böylece S21 dahil iki portlu S-matrisi elde edilir

  Kimlik dosya adıdır (^[a-z][a-z0-9_]{1,40}$); var olan dosyanın üzerine yazılmaz.

• ⌘S / Ctrl+S ile Kaydet seçin (veya "Kaydet ve önizle"). Sunucu dosyayı yazar, yükler ve kurar (yalnızca geometri, fairbeam geometry gibi); sonucu bildirir. Parametre formu yeni PARAMS ile güncellenir, 3B görünüm yeni geometriyi gösterir. Sözdizimi hatası veya build() istisnası düzenleyicide ilgili satırda işaretlenir; altında mesaj, kaynak satırı ve hata izi görünür.

• Geçmiş. Her kayıt önceki sürümü .sim/model-history/<id>/ altında tutar. Son 20 sürüm listelenir, düzenleyiciye geri yüklenebilir (geri almak için kaydedin).

• Çakışmalar. Açıldıktan sonra dosya diskte başka düzenleyiciyle değiştiyse kayıt reddedilir; "Diskten yeniden yükle" veya "Yine de kaydet" seçenekleri sunulur.

• Dahil edilen modeller (yukarıdaki tablodaki tüm dosyalar) burada salt okunurdur; Çoğalt düzenlenebilir kopya oluşturur.

Model dosyaları düz Python'dur; herhangi bir düzenleyicide çalışmaya devam edebilirsiniz. Uygulama modeli yeniden seçtiğinizde değişiklikleri alır.

Otomatik mesh (sim.auto_mesh()), seçenekleri, kuralları ve doğrulaması Otomatik mesh oluşturma sayfasındadır.