MWS 초심자들 중에서 Coaxial 구조에서 특히 critical cell이 발생하여 고생하는 경우가 많다. Coaxial은 특성상 외곽도체가 얇기 때문에 단면상에서 PBA를 적용하기가 어렵기 때문에, coaxial을 사용하려면 다음 내용을 반드시 잘 숙지해야 한다.
1. 우선 다음과 같은 coaxial line 을 생각해보자. 원래 coaxial의 외곽도체는 얇기 때문에 왼쪽 그림과 같이 그려져야 할 것이다.
2. 이것의 축방향 mesh 단면을 보면 왼쪽과 같이 초기mesh가 적용된다. 여기에서 중요한 문제를 발견할 수 있는데, 외곽도체 부분에서 하나의 네모난 mesh 안에 공기, 도체, 유전체의 3개 재질이 존재하게 되어 버린다는 점이다.
3. 당연히 다음과 같이 퍼렇게 critical cell들을 만들어내서 제대로 시물레이션 될리가 만무하다. 그렇다면 어떯게 이러한 문제를 해결할 것인가????
4. ratio를 아무리 높여보아도, 원에서 mesh point로 쓰이는 부분은 사방의 4군데 점뿐이기 때문에 왼쪽과 같은 그림 이상으로 mesh가 늘어나지 않는다. 그러나 여전히 한 mesh안에 3개의 재질이 존재하게 되어버렸다.
5. 이번에는 노랗게 mesh rectangle을 만들어서 밀도를 최대로 설정하였다. 언뜻 보기에는 더 이상 한 mesh에 3개의 재질이 존재하는 것처럼 보이지는 않는다. 하지만 쓸데없이 mesh가 많아져서 효율이 극히 떨어질 것이 뻔하다.
6. 혹시나 해서 확대해 보았으나 역시나.. 그렇게 mesh 밀도를 높였음에도 불구하고 금속이 너무 얇아서 일부 mesh에서는 여전히 3개의 재질이 포함되어 있다. 물론 이정도면 무시할만한 양이지만, 도대체 과연 이 문제를 이렇게 해결해야 하는 걸까?
7. 해결 아이디어 - 외곽도체의 두께를 일정량 늘이면 왼쪽과 같이 아무런 mesh 조정 없이 완벽하게 분할된다. 그림에서 보다시피 하나의 mesh에 두개 이상의 재질이 들어가는 경우는 없어서 critical cell이 발생하지 않는다.
물론 이러한 아이디어는 실제 구조와 거리감을 생기지만, 대부분의 경우 coaxial의 외곽도체 두께 자체가 해석결과에 영향을 미치는 경우는 드물기 때문에 매우 유용한 테크닉이다. 특히 내부 field에는 아무런 영향을 주지 않기 때문에 coaxial을 그릴 때는 특별한 경우를 제외하고 이러한 설정법을 강력히 권장한다.
외곽 도체의 두께를 어느 정도 늘여야 할지 정하기가 애매하다면, 아예 왼쪽 그림과 같이 외곽도체를 네모 상자로 그리는 것도 상당히 유용하다. 어차피 내부 필드에는 영향을 전혀 안주기 때문에 외곽 형상은 큰 의미가 없기 때문이다. 결국 네모라는 이유로 크기에 상관없이 mesh가 아주 smooth하게 잘 분할된다.
물론 이것은 모든 케이스에서 무조건 적용할 것이 아니라, 현재 해석중인 구조의 특성을 잘 살펴본후에 해야 할 것이다. 이러한 coaxial 설정의 일련과정을 살펴봄으로써, PBA와 critical cell의 의미와 특성을 이해할 수 있을 것이다.
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