Обновления модуля Радиочастоты (RF)

Пользователи модуля Радиочастоты в COMSOL Multiphysics® версии 5.2a получат возможность использовать новые методы моделирования для ускорения проектирования устройств на основе полосовых фильтров, новые функции для моделирования эффективной площади рассеивания (ЭПР) и многое другое. Подробный обзор обновлений модуля Радиочастоты представлен ниже.

Быстрый подход к моделированию устройств на основе полосовых фильтров

Два эффективных метода моделирования реализованы в имеющихся в Библиотеке приложений примерах для проектирования высокодобротных устройств с полосовой фильтрацией: метод асимптотического анализа гармонического сигнала и метод модально-частотного анализа. Благодаря применению данных методов скорость моделирования подобных устройств возросла многократно по сравнению с обычным моделированием с использованием прямого анализа в частотном диапазоне.

При моделировании высокодобротных устройств с полосовой фильтрацией с использованием метода конечных элементов (FEM) в частотной области пользователи часто сталкивались с ситуациями, требующими подробного частотного анализа для точного и адекватного описания полосы пропускания. Временные затраты на моделирование в таком случае пропорциональны количеству анализируемых частот. Использование новых методов позволяет существенно снизить временные затраты на вычисления.

Расположение примера использования метода асимптотического анализа гармонического сигнала в Библиотеке приложений:

RF_Module/Passive_devices/cylindrical_cavity_filter_evanescent

Расположение примеров использования метода модально-частотного анализа в Библиотеке приложений:

RF_Module/Passive_devices/cascaded_cavity_filter

RF_Module/Passive_devices/coupled_line_filter

RF_Module/Passive_devices/cpw_bandpass_filter

Сравнение результатов анализа параметра рассеивания, выполненного с помощью метода асимптотического анализа формы сигнала (AWE) и обычных конечноэлементных методов частотного анализа. Скорость выполнения анализа с помощью метода AWE в данном примере выше примерно в 50 раз. Сравнение результатов анализа параметра рассеивания, выполненного с помощью метода асимптотического анализа формы сигнала (AWE) и обычных конечноэлементных методов частотного анализа. Скорость выполнения анализа с помощью метода AWE в данном примере выше примерно в 50 раз.

Сравнение результатов анализа S-параметров рассеивания, выполненного с помощью метода асимптотического анализа гармонического сигнала (AWE) и обычных конечно-элементных методов частотного анализа. Скорость выполнения анализа с помощью метода AWE в данном примере выше примерно в 50 раз.

Переменные постобработки для дальней зоны двухпозиционной РЛС

В интерфейсы для расчета эффективной поверхности рассеивания (ЭПР) двухпозиционных РЛС был добавлен механизм постобработки переменных дальней области. Данные переменные постобработки могут использоваться в графиках дальней области для визуализации отражателя в представлении РЛС. Переменная для ЭПР двухпозиционной РЛС — bRCS3D — описывает ЭПР, измеренную посредством разделенных передатчика и приемника; также вы можете построить график ЭПР однопозиционной РЛС. В двухмерных моделях возможно моделирование ЭПР на единицу длины с помощью оператора bRCS2D.

Путь к примеру построения графика ЭПР для двухпозиционной РЛС с использованием переменной постобработки bRCS3D в Библиотеке приложений:

RF_Module//Verification_Examples/rcs_sphere

Путь к примеру построения графика ЭПР для однопозиционной РЛС с использованием переменной постобработки bRCS2D в Библиотеке приложений:

RF_Module/Scattering_and_RCS/radar_cross_section

Визуализация ЭПР на единицу длины для однопозиционной РЛС с помощью общего оператора экструзии и переменной ЭПР на единицу длины для двухпозиционной РЛС (bRCS2D). Визуализация ЭПР на единицу длины для однопозиционной РЛС с помощью общего оператора экструзии и переменной ЭПР на единицу длины для двухпозиционной РЛС (bRCS2D).

Визуализация ЭПР на единицу длины для однопозиционной РЛС с помощью общего оператора экструзии и переменной ЭПР на единицу длины для двухпозиционной РЛС (bRCS2D).

Двупортовые (сосредоточенные) системы (Two-Port Network Systems)

Данный инструмент с помощью S-параметров рассеивания характеризует отклик двупортовой сосредоточенной системы, например, отражение и передачу. Аналогично инструменту Lumped Port (Сосредоточенный порт) инструмент Two-port Network (Двупортовая система) может применяться между границами двух металлических объектов, к которым применимы граничные условия типа Идеальный проводник, Импеданское ГУ или переходное ГУ, в случае если расстояние между ними значительно меньше длины волны. Пара подузлов Two-Port Network Port (Порт системы с двумя портами) по умолчанию добавляются в узел Two-Port Network (Двупортовая система) и в дальнейшем используются для выбора границ, соответствующих портам 1 и 2 соответственно, при вводе S-параметров.

Обновления для идеально согласованных слоев (Perfectly Matched Layer)

В инструмент Perfectly Matched Layer (Идеально согласованный слой) были добавлены опции, позволяющие настроить характеристики слоя:

  • Опция Enable/disable PMLs (Включить/выключить идеально согласованные слои) в решателе будет полезна при моделировании задач о рассеянии, в которых источником выступает рассчитанное поле.
  • Опция пользовательской геометрии используется в случае, если идеально согласованный слой обладает нестандартной геометрической структурой, а также в тех случаях, когда автоматическое определение геометрической структуры идеально согласованного слоя не работает.
  • Для определения масштабирования идеально согласованного слоя вы можете воспользоваться функцией пользовательского растяжения координатной сетки. Благодаря этому возможно точно настроить масштабирование внутри идеально согласованного слоя, например, для очень эффективного поглощения волн в определенных конфигурациях физических явлений.

Обновленное приложение: Plasmonic Wire Grating Analyzer (Анализатор плазмонной дифракционной решетки)

Поверхностные контуры на основе плазмонов находят применение в таких областях, как плазмонные микросхемы, осветительные приборы и нанолитография. Приложение Plasmonic Wire Grating Analyzer (Анализатор плазмонной дифракционной решетки) вычисляет коэффициенты рефракции, зеркального отражения и дифракции первого порядка в виде функций угла падения на плазмонную решетку, размещенную на диэлектрической подложке.

Данная модель описывает ячейку решетки, для которой периодичность определяется граничными условиями Флоке. Инструменты для постобработки позволяют увеличить количество единичных ячеек и получить визуализацию в третьем измерении.

В приложение встроены возможности для анализа угла наклона планарной волны от нормального до угла падения на структуру решетки. Также приложение позволяет изменять радиус проволоки и периодичность или размер единичной ячейки. Кроме того, длина волны и направление поляризации также являются настраиваемыми параметрами. Приложение визуализирует норму электрического поля для решеток различной периодичности, выбранных углов наклона, отображает вектора падающей волны и волновых векторов для всех режимов отражения и пропускания, а также выводит графики показателей отражения и пропускания.

Путь в Библиотеке приложений: Wave_Optics_Module/Applications/plasmonic_wire_grating.

Приложение Plasmonic Wire Grating Analyzer (Анализатор плазмонной дифракционной решетки) вычисляет эффективность дифракции пропущенных и отраженных волн, а также первый и второй порядки дифракции для проволочной решетки, размещенной на диэлектрической подложке. Пользователь может изменить длину волны, поляризацию, характеристики материала, периодичность и радиус. Приложение Plasmonic Wire Grating Analyzer (Анализатор плазмонной дифракционной решетки) вычисляет эффективность дифракции пропущенных и отраженных волн, а также первый и второй порядки дифракции для проволочной решетки, размещенной на диэлектрической подложке. Пользователь может изменить длину волны, поляризацию, характеристики материала, периодичность и радиус.

Приложение Plasmonic Wire Grating Analyzer (Анализатор плазмонной дифракционной решетки) вычисляет эффективность дифракции пропущенных и отраженных волн, а также первый и второй порядки дифракции для проволочной решетки, размещенной на диэлектрической подложке. Пользователь может изменить длину волны, поляризацию, характеристики материала, периодичность и радиус.

Новая учебная модель: Log-Periodic Antenna for EMI/EMC Testing (Логарифмическая антенна для испытаний электромагнитных помех/электромагнитной совместимости)

По форме логарифмическая антенна напоминает антенну Яги – Уда, однако имеет копланарную конфигурацию для увеличения полосы частот. Другое название данного типа антенн — широкополосная или частотно-независимая антенна.

Все металлические элементы смоделированы с использованием идеального электрического проводника (PEC) в качестве граничного условия. Возбуждение антенны происходит посредством сосредоточенного порта, а для ограничения возбуждения используется сосредоточенный элемент типа резистора.

Результаты демонстрируют характеристики согласования комплексного сопротивления на диаграмме Смита и полярном графике для дальней зоны, что доказывает наличие небольшого изменения направленности диаграммы излучения при увеличении частоты. На трехмерной диаграмме излучения видна аналогичная тенденция. Также представлен коэффициент стоячей волны по напряжению (VSWR) антенны.

Путь в Библиотеке приложений: RF_Module/Antennas/log_periodic_antenna

Логопериодическая антенна моделируется путем размещения копланарной дипольной решетки между двумя металлическими каркасами. Визуализированы диаграмма излучения в дальней зоне и норма электрического поля на копланарной дипольной решетке. Логопериодическая антенна моделируется путем размещения копланарной дипольной решетки между двумя металлическими каркасами. Визуализированы диаграмма излучения в дальней зоне и норма электрического поля на копланарной дипольной решетке.

Логопериодическая антенна моделируется путем размещения копланарной дипольной решетки между двумя металлическими каркасами. Визуализированы диаграмма излучения в дальней зоне и норма электрического поля на копланарной дипольной решетке.

Новая учебная модель: Signal Integrity (SI) and Time-Domain Reflectometry (TDR) Analysis of Adjacent Microstrip Lines (Анализ целостности сигнала и динамический рефлектометрический анализ в соседних микрополосковых линиях)

Анализ целостности сигналов позволяет оценить качество электрического сигнала, передающегося посредством электрических цепей, например, высокоскоростных соединений, кабелей и печатных плат. Качество получаемого сигнала может ухудшаться вследствие внешних паразитных шумов, несоответствия импедансов, вносимых потерь и перекрестных наводок. Именно поэтому выполняются исследования электромагнитной совместимости / электромагнитных помех для определения восприимчивости отдельного устройства или сети к нежелательным воздействиям.

В данной учебной модели мы рассматриваем эффект перекрестной наводки, возникающий между двумя прилегающими друг к другу микрополосковыми линиями, размещенными на микроволновой подложке с постоянной диэлектрической проницаемостью. Через устройство пропускаются два импульса, при этом в процессе моделирования выполняется параметрический анализ с изменением частоты импульса.

Моделирование представляет собой численную динамическую рефлектометрию отклика на сопряженных портах, что позволяет видеть увеличение искажения сигналов при повышении частоты или скорости передачи данных.

Путь в Библиотеке приложений: RF_Module/Transmission_Lines_and_Waveguides/microstrip_line_crosstalk

Модель перекрестной наводки в микрополосковой линии состоит из микроволновой подложки с плоскостью основания и двумя прилегающими друг к другу микрополосковыми линиями. Контурная диаграмма логарифмической нормы электрического поля показывает взаимосвязь электрического поля между двумя микрополосковыми линиями. Модель перекрестной наводки в микрополосковой линии состоит из микроволновой подложки с плоскостью основания и двумя прилегающими друг к другу микрополосковыми линиями. Контурная диаграмма логарифмической нормы электрического поля показывает взаимосвязь электрического поля между двумя микрополосковыми линиями.

Модель перекрестной наводки в микрополосковой линии состоит из микроволновой подложки с плоскостью основания и двумя прилегающими друг к другу микрополосковыми линиями. Контурная диаграмма логарифмической нормы электрического поля показывает взаимосвязь электрического поля между двумя микрополосковыми линиями.