2ª Edición del Curso de Simulación Electromagnética con ANSYS para el diseño electrónico

CÓDIGO: 23ON07 ONLINE
13/10/2023 al 22/12/2023

Lugar celebración

OnLine (presentación presencial u online síncrona)

Dirección

Prof. Andrés Roldán Aranda
Prof. Titular Universidad – Grupo Electrónica Aeroespacial

Coordinación

Prof. Juan Francisco Gómez Lopera
Prof. Titular Universidad – Dpto. Física Aplicada

Introducción

El diseño de productos electrónicos requiere en la actualidad, un estudio detallado de la compatibilidad electromagnética del citado producto con el ambiente que le rodea. Debido a que los costes de fabricación de un prototipo son muy altos, es necesario poder realizar todas las simulaciones en fase de modelo.

Hoy en día, el uso de simuladores en las fases tempranas del desarrollo de productos industriales es fundamental. A modo de ejemplo, existen simulaciones térmicas para poder describir con realismo el comportamiento de tuberías e instalaciones, simulaciones mecánicas para predecir el comportamiento de un producto frente a ensayos de impacto, incluso simulaciones de fluidos para estudiar cómo se dispersan los contaminantes en la atmósfera; todas ellas con la única ayuda de una computadora y el software de simulación.

En este curso, se va a introducir un simulador para poder modelar el comportamiento electromagnético de diferentes geometrías y productos electrónicos. En el mercado existen diferentes simuladores electromagnéticos profesionales que comparten el mismo procedimiento de simulación, velocidad de convergencia y exactitud en los datos. Uno de los simuladores que más aceptación tiene en el mercado profesional, es HFSS incluido en la suite que ofrece el fabricante ANSYS, y que para ambientes universitarios permite el uso de una licencia de estudiante gratuita durante 12 meses.

A continuación, se muestra un listado básico de las simulaciones que serán realizadas durante el curso:

  • Simulación de elementos electromagnéticos distribuidos.
  • Simulación de antenas.
  • Simulación de reflectores parabólicos para productos.
  • Simulación de antenas en teléfonos móviles.
  • Simulación de cableado de radiofrecuencia.
  • Simulación de efectividad de blindajes electromagnéticos.
  • Simuladores de partículas y efectos sobre superficies.
  • Simulaciones de acoplamientos entre partes de circuitos.
  • Simuladores de circuitos de radiofrecuencia.
  • Simulaciones de sistemas de transmisión sobre medios de transporte.

Las capacidades de la versión de estudiante, nos permiten introducir al asistente en un amplio conjunto de escenarios de simulación, de modo que, podemos acercarnos al modelado electromagnético básico requerido durante los ensayos de compatibilidad electromagnética necesarios de manera previa al lanzamiento de un producto al mercado.

Aunque el conjunto de simulaciones es muy amplio, nos centraremos en un itinerario de simulaciones en modelos de aparatos eléctricos y electrónicos que puedan verse afectados por perturbaciones electromagnéticas o afectar a otros equipos con las perturbaciones generadas por éste. El conocimiento de las magnitudes obtenidas por el simulador en los diferentes escenarios, nos permitirán entender la normativa (2014/30/CE) y establecer si se respetan o no, las exigencias incluidas en esta norma, conducente a la obtención del marcado CE de un producto electrónico del mercado común europeo.

Los conceptos necesarios para la realización de las simulaciones, serán introducidos por los docentes durante las sesiones prácticas. Se facilitarán las guías de simulación para que los procedimientos queden documentados correctamente. Se propondrán actividades de simulación después de cada sesión, que el asistente desarrollará de manera individual y subirá a la plataforma, para su evaluación por parte del equipo docente.

De manera adicional, en algunos casos en los que se realicen simulaciones electromagnéticas que resuelvan problemas con solución teórica analítica, se realizarán los cálculos usando herramientas gratuitas como Jupyter Notebooks, que son utilizadas ampliamente en las asignaturas impartidas en grados y máster de carreras técnicas. En el caso de que algún asistente desconozca el uso de esta herramienta, se realizará una introducción a su correcto uso y se le facilitará una batería de ejemplos documentados.

Competencias del alumnado

a) El alumnado comprenderá cómo las ecuaciones del electromagnetismo se plantean en un simulador dentro de una computadora.
b) El alumnado podrá comparar los resultados del simulador con las soluciones analíticas de problemas con solución analítica.
c) El alumnado comprenderá la metodología de planteamiento de las actividades de simulación y refinamiento de las soluciones.
d) El alumnado será capaz de realizar simulaciones electromagnéticas usando HFSS de ANSYS en versión estudiante para incluir tanto dispositivos 2D como volumétricos 3D.
e) El alumnado comprenderá las cantidades básicas del campo electromagnético, para problemas con fronteras abiertas, campos irradiados, cercanos y lejanos. Impedancias características del puerto y constantes de propagación. Parámetros S generalizados y parámetros S normalizados para especificar las impedancias del puerto.
f) El alumnado sabrá plantear y desarrollar simulaciones electromagnéticas de diferentes productos electrónicos.
g) El alumnado comprenderá cómo se realizan los ensayos de compatibilidad electromagnética para obtención del marcado CE en productos electrónicos.

Referencia metodológica

Para facilitar la asistencia al curso de profesionales con residencia fuera de Granada, el curso se realizará a través de la Plataforma Google Meet que ofrece la Universidad de Granada. Las realización de las simulaciones está normalmente exenta de problemas y en caso de que algún asistente tenga un problema, se le solicita compartir su escritorio remoto para ver qué prodecimiento no está respetando para la correcta realización de la simulación. Esta metodología ya ha sido usada por los docentes en otra formación impartida en la UGR sin problemas.

Método de evaluación

1. Se realizarán entregas de las actividades de simulación en el Google ClassRoom del curso. Se realizarán 10 tareas de simulación en total. (60% nota final).
2. El estudiante desarrollará un proyecto integrado de simulación donde se analizará un caso real aplicando los conocimientos obtenidos durante el curso. Se elaborará un informe final. (40% nota final)
3. Requisito indispensable para obtener calificación final: Asistencia del 80%.

Cualificación personal o empleos a los que da acceso

  • Simulación electromagnética en sector aeroespacial.
  • Simulación electromagnética en empresas de diseño/fabricación de productos electrónicos.
  • Simulación electromagnética en aceleradores de partículas.
  • Preparación de informes/simulaciones electromagnéticas previas a la realización de ensayos sujetos a la norma 2014/30/CE.

Idiomas utilizados

Castellano

Viernes, 13 de octubre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Instalación del software de simulación electromagnético.
• Introducción a los requisitos de marcado CE en productos electrónicos.
Andrés Roldán Aranda, Prof. Titular Universidad – Grupo Electrónica Aeroespacial
Viernes, 20 de octubre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Simulación de campos electromagnéticos radiados con HFSS, magnitudes de interés en estas simulaciones, directividad, |s_11 |. resistencia de radiación.
• Simulación de la antena de hilo, UHF Probe
• Simulación de una “Patch antenna
Ignacio Sánchez García, Prof. Titular Universidad – Dpto. de Electromagnetismo y Física de la Materia
Viernes, 27 de octubre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Introducción al simulador.
• Comparación resultados de simulaciones con expresiones analíticas en ejemplos básicos.
Juan Francisco Gómez Lopera, Prof. Titular Universidad – Dpto. Física Aplicada
Viernes, 3 de noviembre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Simulación de una antena parche fractal para alta frecuencia, generada por técnicas de scripting.
• Creación de la geometría, simulación y análisis de un adaptador de guía de ondas tipo “horn” y su uso como antena.
Juan Francisco Gómez Lopera
Viernes, 10 de noviembre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Simulación de una Cavidad Resonante tipo coaxial.
• Simulación de una Cavidad Resonante tipo Pillbox.
• Generación analítica de las frecuencias de los modos de las cavidades.
• Cómo crear, simular y analizar los efectos de vías en PCB que atraviesan varias capas en planos de potencia diferentes.
Andrés Roldán Aranda
Viernes, 17 de noviembre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Simulación de señales LVDS (Low voltaje diferential signals) sobre placas de circuitos impresos.
• Propagación de una señal sobre una pista microstrip sobre una zona con defecto en el plano de masa.
Andrés Roldán Aranda
Viernes, 24 de noviembre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Simulación electromagnética de coaxial con diferentes dieléctricos, y conector BNC.
• “Magic T” como acoplador en guías de ondas
Juan Francisco Gómez Lopera
Viernes, 1 de diciembre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Introducción aceleradores de partículas y sus simuladores: SRIM y SIMION.
• Crear elementos fundamentales de óptica haces: lentes cuadrupolares magnéticas y electroestáticas, lentes Einzel, lentes electroestáticas microprueba.
• Simular la transmisión de haces de partículas y su interacción con materiales.
Javier Praena Rodríguez, Prof. Titular Universidad. Dpto. Física Atómica, Molecular y Nuclear
Viernes, 15 de diciembre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Introducción a SIMION.
• Demostración del proceso de simulación con SIMION.
• Simulación práctica de una lente de Einzel.
Iñigo Arredondo López de Guereñu y Jorge Feuchtwanger Morales, profesores de la Universidad del País Vasco.
Viernes, 22 de diciembre de 2023
16:00-20:00 Sesión teórico-práctica:
• Revisión del Proyecto Integrado realizado por los alumnos. Realización de Encuesta.
Andrés Roldán Aranda