[문서] 입자동역학 시뮬레이션

Dassault Systèmes - Particle Dynamics Applications Simulation of Vacuum Electron Devices SIMULIA 시뮬레이션 포트폴리오는 다양한 solver로 구성되어 자유롭게 움직이는 입자와 전자기장의 상호 작용을 사용하여 작동하는 장치를 시뮬레이션 할 수 있습니다. 포트폴리오의 이 부분은 CSt Studio Suite 및 Opera를 통해 제공되는 잘 정립된 기술을 기반으로 합니다. 일반적인 전자기 시뮬레이션과 특히 하전 입자 동역학 시뮬레이션은 매우 다양한 하전 입자 장치를 분석하고 최적화하는 데, 핵심적인 역할을 합니다. 프로세스는 입자의 방출, 입자가 노출되는 정전기 가속 및 집중 자기장의 효과로 시작할 수 있습니다. 또한 외부 필드를 생성하는 이러한 장치는 매우 정확한 정적 시뮬레이션을 사용하여 신중하게 설계됩니다. 입자 에너지가 증가함에 따라 상대론적 운동 방정식이 고려됩니다. 입자 시뮬레이션은 입자에 의해 생성된 필드를 외부 전자기장에 겹쳐지는 공간 전하로 간주할 수 있습니다. 자체 전자기장은 파티클에 다시 작용하는 과도 성분을 도입할 수 있습니다. 이 시점에서 완전히 자체 일관된 Particle-in-Cell simulation이 필요합니다. 더 높은 입자 에너지에 도달하기 위해 입자 빔은 RF 필드에 노출됩니다. 특히 전자 빔은 이제 초상대론적 한계인 빛의 속도에 근접할 수 있습니다. 전자빔은 전류로 간주되어 전자기장, 웨이크 필드를 생성하여 다시 작용할 수 있습니다. CST Studio Suite 및 Opera에는 하전 입자 장치 설계를 위한 여러 도구가 포함되어 있습니다. 일반적인 정적 및 고주파수 solver 외에도 여기에는 입자 추적 solver, 정전기(Es-PIC), 표준 PIC(Particle-in-Cell) solver 및 Wakefield solver가 포함됩니다. 이는 입자 소스, 자석, 공동, 흡수체에 이르는 빔라인 구성 요소를 설계하는 데 사용됩니다. 입자 역학 시뮬레이션은 진공 전자 장치 설계에도 중요합니다. 마그네트론, 자이로트론, 클라이스트론 및 진행파 튜브 증폭기는 CST Studio Suite로 설계할 수 있는 구성 요소 중 하나입니다. 다중작용 및 코로나 효과와 같은 파괴 효과를 시뮬레이션할 수 있으며, 다중물리 시뮬레이션을 통해 고출력 마이크로파의 열적, 기계적 효과도 고려할 수 있습니다. Accelerator cavities 선형 가속기(LINAC), 재료 특성화, 방사선 조사, 생물학을 위한 에너지 광자 소스를 제공하는 싱크로트론, 입자가 붕괴되어 일반적으로 존재하는 새로운 에너지 입자를 생성하는 링으로 구성된 충돌기 등 전 세계적으로 여러 유형의 가속기가 있습니다. 기초 연구와 우주 이해를 위해 우주 공간과 실험실에서 합성되었습니다. 가속기 캐비티 캐비티 또는 빔 위치 모니터와 같은 가속기 구성 요소는 일반적으로 고유 모드, 과도 또는 Frequency domain solver를 사용하여 설계됩니다. 그러나 빔과의 상호 작용과 관련하여 Wakefield solver는 놀라울 정도로 다재다능한 도구입니다. 여기에 표시된 TESLA 가속기의 9 cell 캐비티를 고려합니다. 목표는 가속기를 따라 빔이 전체 전파되는 동안 전자빔 가속도를 유지하는 것입니다. RF 전력이 생성되어 TESLA 공동에 결합되어 공동에 이러한 EM 필드를 설정합니다. 공동을 통과하는 전자는 가속도를 유지하기 위해 자기장과 올바른 위상 관계를 유지해야 합니다. 그러나 그 자체로 강한 전류인 전자빔은 가속 과정을 제한하거나 방해할 수 있는 공동을 통해 이동하는 동안 고주파 필드를 유도하고 소위 웨이크필드라고 불리는 모드를 여기시킵니다. Wakefield solver는 이러한 필드를 계산하고 가속기 구성 요소의 설계를 개선하는 데 도움을 줍니다. 빔 광학 입자 가속기는 자석과 전극을 사용하여 입자 빔을 유도, 정제 및 제어합니다. 일반적인 빔 광학 구성 요소에는 빔의 초점을 맞추는 자기 및 정전기 렌즈, 빔을 구부리고 조종하는 디플렉터, 빔의 방향을 바꾸는 키커 자석, 입자를 안전하게 포착하는 콜리메이터 및 수집기가 포함됩니다. SIMULIA 도구인 Opera와 CST Studio Suite는 영구 자석, DC 및 AC 쌍극자, 사중극자, 고차 자석, 언듈레이터 및 솔레노이드를 포함한 모든 유형의 가속기용 자석을 성공적으로 설계하는 데 사용되었습니다. 입자 추적 solver는 공간 전하 효과 유무에 관계없이 시뮬레이션된 필드를 통해 입자의 움직임을 시뮬레이션합니다. Opera는 초전도 자석이 정상 상태로 빠르게 전환되는 초전도 급랭 이벤트를 포함하여 저온 및 고온 초전도체를 모두 시뮬레이션할 수 있습니다. 각각 사용자가 정의한 전하와 질량을 갖는 여러 종의 하전 입자를 포함하는 것이 가능합니다. Particle Sources and Electron Guns 전자총 전자총은 X선관부터 진행파관 증폭기에 이르기까지 다양한 산업, 의료 및 연구 응용 분야에서 입자의 소스입니다. 이는 분산이 제한된 매우 정제된 빔이 필요한 경우가 많습니다. 그러나 전자 사이의 공간 전하 반발은 전극을 신중하게 설계하지 않으면 빔이 발산하는 경향이 있음을 의미합니다. CST Studio Suite 및 Opera의 입자 추적 solver는 총 내부의 전기장을 통해 전자의 움직임을 모델링할 수 있습니다. 공간 전하 모델은 전자 사이의 반발력과 그에 따른 빔 분산을 시뮬레이션하므로 엔지니어는 빔 동작을 정확하게 시뮬레이션하고 신뢰할 수 있는 빔을 생성할 수 있습니다. 포괄적인 다중 물리학 시뮬레이션을 통해 전자기학 외에도 열 및 응력을 조사할 수 있습니다. 탄소나노튜브 튜브 이미터는 더 적은 전력을 필요로 하는 양자역학적 전계 효과에 의해 실온(냉음극)에서 전자를 생성합니다. 크기 때문에 더 많은 휴대용 장치에 사용될 수 있습니다. Opera를 사용하면 점점 더 대중화되는 전자 소스를 개발할 수 있습니다. Vacuum Electron Devices 진행파관(TWT)과 같은 진공 전자 장치는 신뢰성뿐만 아니라 성능 덕분에 위성 통신에 주로 사용됩니다. 예를 들어, 1~60GHz 사이의 주파수 범위에서 증폭된 신호는 50% 이상의 효율로 최대 500W의 출력 전력에 도달할 수 있습니다(우주 TWT의 경우). 솔리드 스테이트 제품과 달리 더 높은 효율성, 더 높은 신뢰성, 더 나은 열 성능 및 약간 더 나은 선형성을 보여줍니다. 그러나 구축 비용이 더 비쌉니다. 따라서 TWT는 고전력 및 위성과 같이 신뢰성이 필수인 경우에 사용됩니다. 시뮬레이션은 비용이 많이 드는 여러 프로토타입의 필요성을 줄여주기 때문에 이러한 설계 프로세스에서 매우 매력적입니다. TWT 설계는 나선형 구조에 의해 유지되는 전자 빔과 RF 신호 사이의 상호 작용 영역에 해당하는 SWS(Slow Wave Structure)를 특성화하기 위해 PIC solver를 사용하여 완전히 수행될 수 있습니다. RF 신호는 입력 커플러에서 도입됩니다. SWS를 따라 전자가 전파되는 동안 전자의 운동 에너지는 진행파로 전달됩니다. 튜브를 따라 전자빔이 뭉치기 시작하고 전자는 진행파로 전체적으로 전달되는 운동 에너지를 잃습니다. 그런 다음 진행파는 출력 커플러에서 추출된 최대 전력으로 증폭됩니다. Plasma 플라즈마 응용 분야는 일반적으로 시간 규모가 크며 플라즈마는 전자와 이온 사이의 공간 전하 상호 작용으로 설명할 수 있습니다. ES-PIC(Electrostatic Particle-In-Cell) 기술은 정전기 효과만 고려하여 공간 전하 대 시간을 계산합니다. 이는 순수한 PIC 접근 방식과 비교할 때 전류 및 H-Field가 유도되지 않지만 이러한 플라즈마 응용 분야에 매우 적합하다는 것을 의미합니다. 이는 또한 이온의 온도 구배와 또 다른 수치적 접근법이 필요한 대류 효과를 무시하고 상대적으로 낮은 압력에서의 공간 전하 역학 및 충돌로 현상을 설명할 수 있는 플라즈마 응용 분야에도 유효합니다. 융합 플라즈마용 전원 융합용 플라즈마는 매우 뜨거운 플라즈마입니다. 그들은 토카막에서 생성되며 새로운 에너지 생산원을 제공합니다. 이는 세계가 직면하고 있는 에너지 문제에 답하기 위해 오늘날 연구되고 있는 지속 가능한 에너지 중 하나입니다. 미래의 에너지는 깨끗하고 안전하며 통제된 핵융합에서 나와야 합니다. 주요 작동 원리에서 플라즈마는 제한된 상태로 유지되어야 합니다. 이것이 토카막을 둘러싸고 있는 매우 복잡한 자기 코일 설계의 역할입니다. 그런 다음 열핵 반응을 유지하려면 플라즈마가 충분히 뜨거워야 합니다. 이것이 PIC 솔버로 완전히 설계되고 시뮬레이션될 수 있는 자이로트론 장치의 역할입니다. 자이로트론은 최대 수백 GHz의 작동 주파수로 수백 kW 정도의 출력 전력을 생성할 수 있는 고전력 진공 전자 장치입니다. 자이로트론은 생성된 마이크로파 주파수가 플라즈마 주파수 중 하나를 자극할 수 있기 때문에 플라즈마 가열 공정에 매우 적합합니다. 파도는 에너지를 플라즈마로 전달하여 가열 과정을 진행합니다. Multipactor and Corona effects SIMULIA의 매우 특별한 기능은 Spark3D 기술을 기반으로 한 멀티팩터 및 코로나 효과와 같은 RF 고장 분석입니다. 예를 들어 로켓 발사를 생각해 보겠습니다. 로켓과 통신하고 페이로드를 안전하게 궤도에 진입시키기 위해서는 당연히 일부 전자 장치가 활성화되어야 합니다. 문제는 발사 과정에서 다양한 수준의 압력을 통과할 때 온보드 통신에 사용되는 RF 구성 요소에 어떤 일이 발생하는가 하는 것입니다. 이는 중요한 RF 구성 요소의 RF 고장 가능성으로 인해 이러한 임무를 잃고 싶지 않기 때문에 중요합니다. 여기서 두 가지 조사 방법을 수행할 수 있습니다. 대기압에서 작업할 때는 코로나 효과가 지배적인 반면, 우주에 내장된 구성 요소(즉, 진공에 매우 가깝다는 의미)의 경우 멀티팩터 효과가 지배적입니다. 멀티팩터는 재료 특성과 RF 부품 표면에 대한 1차 전자의 충격으로 인해 하나 이상의 전자가 방출될 확률을 제어하는 소위 2차 방출 수율에 의해 결정됩니다. RF 장치의 전력이 충분히 강하여 국소 전자기장이 일부 전자를 가속시켜 2차 전자 방출을 증가시켜 전자 눈사태를 일으킬 수 있는 경우 멀티팩터가 발생합니다. 멀티팩터와 코로나 효과는 RF 구성 요소의 설계 단계와 자격 테스트 중에 고려해야 하는 강력한 제약 조건입니다. Magnetron sputtering 스퍼터 코팅은 유리의 장식용 및 저방사율 코팅부터 오늘날 가장 까다로운 응용 분야에 사용되는 제품의 엔지니어링 코팅에 이르기까지 매우 다양한 응용 분야에서 박막을 제조하는 데 널리 사용됩니다. 증착된 박막의 특성과 스퍼터 타겟의 활용을 최적화하는 것은 최종 제품의 성능과 공정의 경제성에 매우 중요합니다. SIMULIA Opera는 정확한 유한 요소 해석과 플라즈마, 스퍼터링 및 박막 증착에 대한 세부 모델을 결합하여 마그네트론 설계 및 최적화를 위한 최초의 실용적인 도구를 제공합니다. 본 자료는 다쏘시스템 홈페이지의 자료로 자세한 내용은 아래 원본 링크를 통해 확인해 보시길 바랍니다. 원본 : 다쏘시스템 홈페이지

관리자 2023.10.26 조회 339

[문서] Vacuum Electronics Devices Datasheet

Vacuum Electronics Devices Datasheet CST Studio Suite은 3D 전자기장에서 charged particle dynamics에 대한 빠르고 정확한 3D 분석 기술입니다. CST Studio Suite particle solver는 사용자 친화적인 인터페이스와 high-frequency, low-frequency 및 Multiphysics solver 기술을 활용하여 설계 환경에 완전히 통합됩니다. 본 Datasheet에서는 space charge를 포함하는 DC gun 예제를 통한 Particle Tracking Solver (TRK Solver)에 대한 소개 및 GPU support를 포함하여 self-consistent transient particle 예제를 통한 Particle-in-Cell Solver (PIC Solver)에 대해 소개합니다. ■ 자세한 내용은 다쏘시스템즈 홈페이지에서 확인 가능합니다. https://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS/SIMULIA/PDF/datasheets/SIMULIA-EM-Vacuum-electronic-devices-Datasheet.pdf

관리자 2021.10.22 조회 1022

[문서] Electromagnetic Simulation Supporting Aircraft Certification

다쏘시스템사 시뮬리아의 CST Studio Suite 기술은 accelerator cavity 및 기타 구성요소를 설계하고 성능을 분석하며 장치가 의도한대로 작동하는지 예측하기 위해 선도적인 가속기 시설에서 사용되었습니다. CST Studio Suite은 이러한 설계 및 분석을 위해 강력한 toolbox를 제공합니다. CST Studio Suite의 그 강력한 기능들에 대해 살펴보도록 하겠습니다. CST Studio Suite - Accelerator components 다쏘시스템 Electron/Ion Gun Simulation <플라즈마 이온 소스 (Particle tracking)> Particle source 설계 형상은 CST Studio Suite의 parametric user interface 내에서 쉽게 최적화할 수 있습니다. Magnet과 electrode를 모델링할 수 있으며 gun에서 방출되는 current는 Particle Tracking Solver의 emission model에 의해 계산됩니다. CST Studio Suite은 space-charge limited 및 thermionically limited 모델에서 플라즈마 이온 소스에 대한 field emission 및 plasma sheath emission에 이르는 여러 emission 모델을 지원하며 다른 data를 import 할 수도 있습니다. Conformal mesh 지원으로 grid형 gun과 같은 매우 복잡한 형상을 모델링할 수 있고 작은 변형에 대해서도 매우 정확하게 해석할 수 있습니다. <Electron gun에 대한 conformal mesh> Cavity <Eigenmode 해석에서의 Mesh 및 acceleration mode 결과> Accelerator 대부분은 cavity로 구성되어 있습니다. 이것은 정교한 Eigenmode Solver로 쉽게 해석 가능합니다. 사용자는 hexahedral 혹은 tetrahedral mesh 중 하나를 선택할 수 있습니다. 유전체 및 surface loss를 포함할 수 있으며 Solver는 Q factor 및 shunt impedance, R/Q와 같은 accelerator의 특정 수치도 계산할 수 있습니다. CST Studio suite의 다중 물리학적 접근방식은 열 및 기계적 solver로 연결하여 열팽창 또는 Lorentz force로 인한 cavity detuning을 얻을 수 있습니다. Multipaction <Cavity의 equator에서 multipacting particles> 진공 상태에서의 RF breakdown (Multipaction)은 장치의 작동에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 accelerator 설계에서 추가로 중요한 부분입니다. PIC (Particle-in-Cell) Solver를 사용하여 2차 electron emission 특성으로 쉽게 해석해볼 수 있습니다. PIC Solver는 Furman 및 Vaughan 모델과 측정 데이터에 대한 user import를 지원합니다. Breakdown에 해당하는 field는 PIC Solver 내에서 계산하거나 이전의 Eigenmode Solver 해석에서 불러올 수 있습니다. 후자는 steady state를 직접 import하기 때문에 매우 효율적인 접근 방식입니다. PIC - Self Consistent Particle Simulation Particle-in-Cell (PIC) Solver는 LINAC cavity에서의 bunching을 해석하거나 beam 내부의 space charge 영향을 해석하는데 유용합니다. PIC Solver는 Eigenmode Solver 및 static solver에서 field import를 지원하며 PIC Solver 내에서 field를 생성할 수도 있습니다. Particle의 움직임은 time domain에서 일관된 방식으로 계산됩니다. WAKEFIELD SOLVER – IMPEDANCE AND LOSS FACTOR <Monitor: Wakefield solver는 beam position monitor의 출력 신호를 얻는 데에도 사용할 수 있습니다.> Wakefield Solver는 bunched beam이 구조물을 통과하는 동안 wake potential을 직접 계산합니다. Bunch 형태는 Gaussian 혹은 사용자가 정의할 수 있습니다. Wake potential을 얻기 위해 직접 및 간접 integration scheme을 모두 사용할 수 있습니다. Beam pipe의 termination은 비 상대론적 beam에도 사용할 수 있는 특수 beam 경계 연산자로 수행할 수 있습니다. Wake potential의 Fourier 변환으로서의 Wake impedance는 Solver에 의해 직접 제공되며 특수 post processing을 통해 샘플링을 증가시키거나 필터를 추가할 수 있습니다. Wakefield Solver는 해석을 가속화하기 위해 MPI cluster computing을 지원합니다. Magnets <Beam optics: quadrupole 자석의 자기장 및 dipole field를 통해 진행하는 서로 다른 에너지 입자의 입자 궤적> Magnetic components는 isolation 자기장을 설계하고 분석하는데 유용한 Magnetostatic 및 입자의 궤적을 플롯하고 focusing 및 steering 효과를 계산할 수 있는 Particle Tracking Solver의 조합으로 해석할 수 있습니다. Conformal hexahedral 및 tetrahedral mesh는 두 경우 모두 사용 가능합니다. General Features of CST Particle Studio 직관적인 parametric 3D 모델링 및 최적화 VBA 호환 macro language 강력한 사용자 정의 후처리 Perfect Boundary Approximation(PBA)® Particle 모니터링 및 emittance 계산 모든 particle 데이터에 대한 VBA 액세스 외부 field import Shunt impedance, R/Q 및 transit time factor Periodic 경계 및 mode dispersion diagram Thermal solver와 co-simulation ■ 자세한 내용은 다쏘시스템즈 홈페이지에서 확인 가능합니다. 원본 : https://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS/SIMULIA/PDF/datasheets/SIMULIA-EM-Accelerator_Components-Datasheet.pdf

관리자 2021.10.22 조회 963

[동영상] Multipactor & Breakdown Analysis of RF Components emagtech 2020-09-28

Multipactor & Breakdown Analysis of RF Components 본 eSeminar에서는 CST Studio Suite를 사용하여 Multipaction 및 Breakdown을 시뮬레이션하는 일반적인 접근 방식을 보여줍니다. Multipaction은 2차 전자의 입자 이동에 의해 좌우되는 효과이므로 CST Studio Suite의 PIC code를 통해 처리됩니다. Breakdown 분석은 플라즈마 효과에 가깝고 비선형 Drude 모델을 사용하여 분석됩니다. Filter, Diplexer, 단순 coaxial cable과 같은 다른 예를 사용하여 기능을 설명합니다. Particle의 saturation, signal distortion, 임의의 시간 신호 사용 또는 alternative detection criterion과 같은 몇 가지 특수 측면도 다룹니다. 마지막으로 Spark3D에 대한 링크가 표시됩니다. ■ 자세한 내용 및 영상은 다쏘시스템즈 홈페이지에서 확인 가능합니다. https://r1132100503382-eu1-3dswym.3dexperience.3ds.com/#community:39/post:GKbGy5H2Q7-TpzJpblMw5w

관리자 2021.10.22 조회 1171

[동영상] Getting Ahead with Particle Source Simulation

Getting Ahead with Particle Source Simulation CST PARTICLE STUDIO는 Electromagnetic field 내에서 Charged Particle Dynamics 해석을 빠르고 정확하게 할 수 있는 툴로 본 e-seminar에서는 Tracking 알고리즘에 대한 소개 및 4가지 Particle source에 대한 소개가 포함되어 있습니다. 또한, Particle in Cell 알고리즘 및 Magnetron Cathode에 대한 정보도 확인 가능합니다. Seminar 영상에서는 다음의 내용을 확인할 수 있습니다: CST Studio Suite® 2018에서 4가지 Particle Source의 전자기 시뮬레이션: Pierce-type Electron gun, field emission source, ion source, magnetron cathode Conformal hexahedral 혹은 tetrahedral mesh에서의 시뮬레이션 뿐 아니라 다양한 emission model 사용 External field 중첩 및 electron source 설정 ■ 자세한 내용 및 영상은 다쏘시스템즈 홈페이지에서 확인 가능합니다. https://r1132100503382-eu1-3dswym.3dexperience.3ds.com/#community:39/post:CuWm7KbhTgC7d__hMpjcfA

관리자 2021.10.22 조회 940

[동영상] Radio Frequency Breakdown Analysis using CST Studio Suite and Spark3D

어느 정도의 Power를 사용할 수 있는지는 전력효율 및 신뢰성을 결정하는 중요한 문제입니다. 이러한 Breakdown 문제는 CST STUDIO SUITE 및 SPARK 3D 를 통해 진행할 수 있습니다. 본 세미나에서는 각 툴에서 어떤 workflow를 통해 이를 분석할 수 있는지를 소개해 보고자 합니다. 소개드릴 예제는 협대역 filter로 CST의 Frequnecy domain solver와 Eigenmode solver 및 FD3D에 기반한 workflow를 소개합니다. multipactor breakdown분석시 DC와 변조된 다중반송파 신호가 있는 모든 경우의 분석이 가능합니다. 본 E-seminar에서는 다음과 같은 항목을 확인 가능합니다 1. RF Breakdown의 주요 측면에 대한 소개 2. 파워 마진값에 대한 분석 3. 파워 마진값 계산을 위한 workflow 4. SPARK 3D 최신 기능 ■ 자세한 내용 및 해석 사례는 다쏘시스템즈 홈페이지에서 확인 가능합니다. https://events.3ds.com/radio-frequency-breakdown-analysis-using-cst-studio-suite-and-spark3d#_ga=2.238738819.2079110388.1601011422-863a9eb0-f6df-11ea-a6f6-4324f0f93f0b

관리자 2021.10.22 조회 1073

[문서] A Multiphysics Approach to Magnetron and Microwave Oven Design Using a Multi-Solver Workflow

마그네트론은 낮은 비용으로 높은 에너지 변환 효율 (약 75%)을 제공하기 때문에 RF 전원으로 널리 사용됩니다. 전자레인지에 사용되는 마그네트론은 와이파이 장비와 같은 주파수 대역에서 작동하며, 이들이 방출하는 방사선은 컴퓨터 네트워크와 이동통신의 작동을 방해할 수 있습니다. 본 Whitepaper에서는 CST Studio Suite을 이용한 Magnetron에 대한 전자기장 및 다중물리 시뮬레이션에 대한 항목을 확인 가능합니다. 자세한 내용은 다쏘시스템 홈페이지에서 확인 가능합니다. https://discover.3ds.com/magnetron-and-microwave-oven-design#_ga=2.8639285.1237743678.1601001580-863a9eb0-f6df-11ea-a6f6-4324f0f93f0b

관리자 2021.09.27 조회 974