1. Parameter의 적극적 이용
Parameter 설정과 History 메뉴에서 이미 Parameter설정법에 대해 보았으리라 예상된다. 이번에는 이렇게 설정된 Parameter들을 보다 적극적으로 이용하는 Parameter Sweep을 시도해본다. 여기서는 아래와 같은 T자형태의 Coaxial Notch를 예로 들어보자.
여기서 내부에 있는 Center 금속의 길이를 조정하면 공진주파수를 조정할 수 있으므로, 그것을 Parameter로 정한다. Parameter 이름은 Gap으로 설정하고 초기값은 1로 한다.
그후 해당개체 Property에 들어가서 내부 Center Conductor의 길이값을 아래와 같이 12-gap 이라는 값으로 입력한다. Parameter 창에서 gap값을 1로 주었으므로 Center Conductor의 길이는 11로 들어가게 될 것이다.
여기에서 Conductor의 길이보다는 끝단에서의 Cunductor와 외벽 사이의 간격(gap)이 물리적인 의미를 가지므로, 이와 같이 간단한 산술연산 기능을 활용하면 좀더 명확하게 parameter를 이용할 수 있다. 이제 이렇게 설정된 gap 값을 통해 parameter sweep에 도전해보자.
2. Parameter Sweep
Parameter sweep이란 한마디로 사용자의 노가다를 최소화하기 위한 기능이다. MWS에서는 특정 부위의 크기나 위치, 재질 값등을 사용자가 원하는 범위내에서 변화했을 때의 S 파라미터 변화를 정리해주는 기능으로 적용된다. 백문이 불여일견, 아래의 Parameter sweep과정을 따라가 보도록 한다. 모든 설정을 마무리하고 Transient Solver 메뉴를 띄우면 오른쪽에 Par. sweep... 이라는 버튼이 보인다.
Par. sweep...을 누르면 아래와 같이 Parameter Sweep 설정창이 나타난다.
여기서 우선 New Seq 버튼을 눌러 새로운 Par.sweep 과정을 생성하고, 다시 New Par... 버튼을 눌러서 아래아 같이 Parameter 설정창을 띄운다. 여기서 어떤 parameter를 sweep할 것인지 고른후 초기값과 마지막값, 그리고 몇 step으로 sweep할 것인지 결정한다. 여기서는 gap을 0.5 ~ 3까지 6 단계로 결과값을 확인하도록 한다.
그리고 오른쪽 아래에서 Add Watch..를 건드려서 아래와 같이 어떤 결과값을 출력할 것인지 선택해주어야 한다.
설정이 마무리되면 아래와 같이 Parameter Sweep 설정창이 보일 것이며, 여기서 Check버튼을 눌러서 논리적인 오류는 없는지 체크할 수 있다. 특별히 문제가 없어보인다면 그냥 Start를 눌러서 계산을 수행한다.
계산이 끝나면 왼쪽 tree창 맨 아래에 table이라고 하는 메뉴가 새로 생성된다.
그곳에서 원하는 결과를 누르면 화면에 아래와 같이 Parameter Sweep 결과가 한 테이블에 잘 정리되어 보여진다.
Parameter Sweep은 매우 단순한 기능이다. 그냥 사람이 수치를 바꾸어가며 돌려야 할 것을 조금 단순화했을 뿐이지만, 실제적으로 사용자의 수고를 크게 덜 수 있기에 활용가치는 매우 높다.
3. Parameter Sweep의 적극적 활용
실제로 설계를 할 때는 특정한 하나의 parameter에 대해서만 보는 것이 아니라, 여러 parameter를 한꺼번에 본 후 그것에 대해 종합적인 평가를 해보고 싶어질 것이다. Parameter Sweep이란 것을 이용하면 이러한 모든 탐구 과정을 단 한번의 설정과 실행으로 끝낼 수도 있다. 우선 다음과 같이 동축선의 외경, 유전율, 공진폭의 3가지 parameter에 대한 영향을 보기 위해 parameter 설정을 했다고 가정해보자.
여기서 이러한 parameter들을 아래와 같이 Sweep하도록 설정하였다.
눈치가 좀 빠른 사람이라면 위의 그림을 보고 아하~ 할텐데, 총 4개의 Sequence를 만들어서 보고자하는 모든 영향을 한번에 실행하여 볼 수 있게 만든 상황이다. Sequence 1에서 3까지는 gap, er, LargeR 이라는 3개의 parameter 각각의 수치가 변할 때의 S 파라미터를 table로 만들어주고, 마지막의 Sequence 4는 그 3개가 동시에 변화할 때의 S파라미터를 보는 것이다. 여기서 Sequence 4는 2*3*2 = 12가지 경우의 수를 만들어 각각의 상황에 대한 계산을 수행하게 된다. 이렇게 복잡하고 유기적으로 Parameter Sweep을 수행한 후에는, 아래와 같은 table property 메뉴에서 그래프 Plot 형태과 기준값들을 간편하게 편집하여 골라서 볼 수 있게 되어 있다.
위의 사례에서 보았듯이, Parameter 설정과 Sweep기능을 잘 이용하면 단 한번의 설정과 해석으로 보고자하는 모든 변수의 영향을 볼 수 있게 된다.
4. 최적화
Parameter Sweep을 통해 각 변수가 결과에 미치는 영향을 탐구하였다면, 최적화는 이러한 탐구과정을 완성시켜주는 역할을 한다. 물론 처음부터 원하는 spec을 입력하고 최적화를 하여 그에 맞는 구조값을 구하기만 해도 되겠지만, 연구개발하는 입장에서 최적화는 그 과정을 볼 수 없기 때문에 별로 공부가 되지 않는다는 치명적인 문제가 있다. 그래서 가급적이면 최적화는 parameter sweep을 수행하고 그 결과를 통해 중요한 변수값과 그 범위를 추출하여 최종적인 구조값을 얻는 식으로 하길 권장한다.
MWS에서의 최적화는 일반적인 회로 tool과 매우 비슷하다. 우선 Solve창의 오른쪽에 있는 Optimization... 버튼을 누르면 아래와 같은 최저고하 조절창이 나타난다. (아래의 창은 이미 최적화과 완료된 화면을 capture한 것이다)
최적화를 위해서는 우선 어떤 변수값을 찾고자 하는 것인지 오른쪽의 Add 버튼을 통해 아래와 같이 입력한다. 여기서는 gap이라는 parameter를 2에서 3사이에서 변동하며 원하는 값을 찾도록 하였다.
또한 이러한 변수 설정에 대해 목적치(target, goal)을 줘야 하는데, 중간에 있는 Optimization Goal에서 어떤 형태의 목적을 줄 것인지 아래와 같이 선택한다. 일반적인 형태의 goal은 미리 만들어져 있지만, 특수한 형태의 최적화는 User Defined 로 들어가서 간단한 logic을 짜주어야 한다.
저 위쪽의 최적화창에서 보여지듯이, 최적화 목표는 12 Ghz에서 S21을 최소화하는 gap값을 찾도록 설정되었다. 그런 후에 Start를 누르면 자기가 알아서 변수값을 바꾸어가면 해석후, 최적화 목표에 가장 적합한 gap 값을 찾게 된다. 최적화 완료 후, 최적화창 맨 아래에는 가장 만족스러운 gap값은 2,3429 임을 제시해주고 있다. 아래는 최적화가 완료된 후 S파라미터 결과값으로서, 아주 우수한 결과를 보여주고 있다.
5. Parameter Sweep과 최적화
Parameter Sweep과 최적화는 설계에 있어서 매우 유용한 도구임에는 틀림없다. 대신에 구조가 변화할 때 mesh구조를 손볼 일은 없는지, 변화범위가 실제와 괴리감이 있도록 설정되었는지 등을 잘 체크해 보아야 한다. 잘만 이용하면 설계를 훨씬 효율적이고도 정확하게 수행할 수 있으므로, MWS 사용자는 이 과정을 잘 이해하고 숙지하도록 하자.
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