Numerické modelování terahertzových struktur ČES seminář 2008 J. Láčík, Z. Lukeš, Z. Raida Vysoké učení technické v Brně Praha, 11. června, 2008

Obsah  Úvod – Rotační spektroskopie  Modelování komponent spektroskopu  Modelování spektroskopu  Asymptotické metody – ray tracing, ray launching  Analýza čočky – porovnání přesnosti  Analýza celé aparatury  Závěr

Úvod – Rotační spektroskopie (1)  Absorpce a emise eletromagnetického vlnění molekulami  Praktická u plynů - rotační pohyb molekul je kvantován  Frekvenční rozsah v řádu desítek až stovek gigahertzů

Úvod – Rotační spektroskopie (2)

Modelování komponent spektroskopu (1)  CST Microwave Studio  Globální optimalizační metody - GA, PSO  Implementace GA a PSO ve Visual Basic Environment programu CST Microwave Studio LTSA x = 12 mm y = 25 mm s = 0,1 mm T = 0,3 mm d =? (0,5-5) mm r =? (0,05-2) mm  r = 2,17 tan  =0,001

Modelování komponent spektroskopu (2)  Kritériální funkce:

Modelování komponent spektroskopu (3) d = 0,154 mm r = 2,34 mm

Modelování spektroskopu (1)  Délka spektroskopu – v řádu stovek až tisíců násobků vlnové délky => standardní vlnové metody nelze použit  Asymptotické metody:  Geometrická optika (GO) – Snellův zákon  Uniformní teorie difrakce (UTD)

Modelování spektroskopu (2)  …Asymptotické metody:  Příčný rozměr rozhraní >>  Ray tracing:  nalezení všech relevantních cest šíření vlny  přímý (metoda obrazů), nepřímý (ray launching)

Ray launching (1)  Ray density normalization Discrete ray tubes Discrete rays and reception spheres

Ray launching (2) – Ray density normalization  Několik paprsků je vysláno na stejné fyzikální cestě  Hustota paprsků n d je použita k výpočtu počtu paprsků M, které jdou po fyzikálně identické cestě:

Ray launching (3) – Ray density normalization  Předpoklad: velký počet paprsků vyslán homogenně  Místo přijmu:  Přijímací koule (reception sphere)  Přijímací rovina  Přijímací kvádr

Ray launching (4)  Implementace:  C++ Builder  Komponenty spektroskopu jsou kromě vysílací antény definovány svými reálnými parametry  Komponenty musí být ve vzdálené zóně antény  Uvažována jen jedna difrakce

Analýza čočky – porovnání přesnosti (1)  D = 100 mm; fl= 200 mm; f = 60 GHz

Analýza čočky – porovnání přesnosti (2)

Analýza spektroskopu (1)  G = 20 dB; P= 10 mW; f = 118,75 GHz; L = 2,7 m; W = 0,55 m

Analýza spektroskopu (2)

Analýza spektroskopu (3) – vysílací anténa X Vysílací anténa

Analýza spektroskopu (3) – vysílací anténa X Vysílací anténa

Analýza spektroskopu (4) – přijímací anténa

Analýza spektroskopu (5) – reflektor

Závěr  Extrémně velká elektrická velikost spektroskopu => nutnost použit asymptotických metod  Vytvořený model je možné použít k parametrické analýze nebo k optimalizaci celé soustavy