Обновления модуля Радиочастоты

Для пользователей модуля Радиочастоты в пакете COMSOL Multiphysics® версии 5.4 предлагаются дополнительные функции и переменные для расчета полей в дальней зоне и для эффективного анализа диаграмм направленности и излучения антенн, расширенная библиотека материалов для печатных плат в микроволновом и миллиметровом диапазоне, а также обновленные примеры из Библиотеки моделей и приложений с усовершенствованными эффектами визуализации и использованием в геометрии коннекторов коммерческого типа, доступных в Библиотеке CAD-заготовок для модуля Радиочастоты. Просмотреть все обновления модуля Радиочастоты более подробно можно ниже.

Мультипликатор для эквидистантной антенной решетки

Теперь можно очень быстро рассчитать диаграмму направленности антенной решетки на основе диаграммы направленности одиночной антенны, используя асимптотический подход, который проводит масштабирование дальнего поля для одной антенны на специальный мультипликатор для эквидистантной решетки. Познакомиться с данным функционалом можно в обновленной модели Микрополосковая антенна.


Диаграмма направленности решетки двухмерных микрополосковых антенн 8×8, полученная на основе модели одиночной микрополосковой антенны.

Дополнительная библиотека материалов диэлектрических подложек для модуля Радиочастоты

В модуле Радиочастоты была расширена библиотека материалов за счет более чем 40 материалов для подложек от компании Isola Group. Это позволит упростить моделирование и описание радиочастотных, микроволновых и миллиметровых печатных плат. В Библиотеке материалов для модуля Радиочастоты теперь представлено более 100 материалов подложек.

3D представление данных для дальнего поля и, в частности, эффективной площади отражения (RCS), на основе двухмерных осесимметричных моделей

С помощью нового функционала для расчетов в дальней зоне теперь можно использовать двухмерную осесимметричную модель, чтобы быстро оценить отклик в дальнем поле эквивалентной трехмерной модели. Набор функций для 3D расчетов и представления излучения в дальней зоне на основе двумерных осесимметричных геометрий доступны для следующих ситуаций:

  • Расчет антенн, возбуждение которых задается с использованием круглых портов с положительным азимутальным номером моды
  • Анализ поля рассеяния, возбуждаемого заданной плоской волной с круговой поляризацией

Доступные функции нормы поля в дальней зоне

Описание Название Примеры использования Описание примера
Трехмерная норма поля для дальней зоны norm3DEfar norm3DEfar_TE12 Азимутальная мода №1, круговой порт с ТЕ модой №2
3D норма поля для дальней зоны, дБ normdB3DEfar normdB3DEfar_TM21 Азимутальная мода №2, круговой порт с ТM модой №1

Дополнительные переменные для постобработки данных для дальней зоны

Добавлены новые переменные для вычисления максимальной направленности, коэффициента усиления, а также реального коэффициента усиления. Эти переменные доступны для глобальных вычислений без построения трехмерной диаграммы поля в дальней зоне. Доступ к ним возможен, когда выборка для узла Far-Field Calculation является сферической (в трехмерных моделях) или круговой (в двухмерных осесимметричных моделях), а центр находится в начале координат.

Переменная

Описание Название Доступна при следующей размерности задачи
Максимальная направленность maxD 2D axi, 3D
Максимальная направленность, дБ maxDdB 2D axi, 3D
Максимальный коэффициент усиления maxGain 2D axi, 3D
Максимальный коэффициент усиления, дБ maxGaindB 2D axi, 3D
Максимальный реальный коэффициент усиления maxRGain 2D axi, 3D
Максимальный реальный коэффициент усиления, дБ maxRGaindB 2D axi, 3D

Электрически толстый слой для граничного условия Transition Boundary Condition

Новая опция Electrically thick layer (Электрически тонкий слой) разъединяет две области, которые примыкают к Transition Boundary Condition (к переходному граничному условию). Граница ведет себя как внутреннее импедансное условие, но при этом не требуется, чтобы геометрия слоя была областью максимальной размерности, достаточно использовать простую границу.

Импульсный отклик на основе оконного Быстрого Фурье-преобразования (FFT)

Хотя расчеты во временной области полезны в процессе проведения динамической рефлектометрии (TDR) при решения задачи на целостность сигнала (Signal integrity), в классической постановке многие радиочастотные и микроволновые задачи рассматриваются с использованием моделирования в частотной области, которое позволяет на выходе получать данные по S-параметрам. С помощью проведения быстрого преобразования Фурье (FFT) после стандартного исследования в частотной области можно получить данные для TDR-анализа. При проведении динамической рефлектометрии можно обнаружить физические разрывы и рассогласование по импедансу в линии передачи, исследуя флуктуации сигнала во временной области. Познакомиться с новым функционалом можно в модели Изучение микрополосковой линии с дефектом с помощью дополнительного исследования Frequency-to-Time FFT.

Модель микрополосковой линии, с иллюстрацией работы и получения результатов с сосредоточенного порта во временной области. Модель микрополосковой линии, с иллюстрацией работы и получения результатов с сосредоточенного порта во временной области. Всплески и падения сигнала обусловлены физическими разрывами/дефектами в микрополосковой линии. Модель микрополосковой линии, с иллюстрацией работы и получения результатов с сосредоточенного порта во временной области. Всплески и падения сигнала обусловлены физическими разрывами/дефектами в микрополосковой линии.

Анализ полей в дальней зоне на основе расчета во временной области

Функция вычисления полей в дальней зоне теперь доступна в интерфейсе Electromagnetic Wave, Transient (Электромагнитные волны, временная область). С помощью этого функционала можно проводить частотный анализ диаграммы направленности в дальней зоне для широкополосной антенны, сначала выполнив расчет во временной области, а затем проведя быстрое преобразование Фурье. Познакомиться с нововведением можно в новой модели Расчет интегральной двухполосной антенны во временной области.

Модель печатанной двухдиапазонной антенны, с изображением диаграммы излучения в дальней зоне. Модель печатанной двухдиапазонной антенны, для которой проведен расчет диаграмму излучения в дальней зоне для второго резонанса. Также показано распределение нормы электрического поля в верхней части диэлектрической подложки. Модель печатанной двухдиапазонной антенны, для которой проведен расчет диаграмму излучения в дальней зоне для второго резонанса. Также показано распределение нормы электрического поля в верхней части диэлектрической подложки.

Фоновое поле с круговой поляризацией для двухмерных осесимметричных моделей

Опция Circularly polarized plane wave (Плоская волна с круговой поляризацией) теперь доступна для задания рассеянного поля при создании двухмерных осесимметричных СВЧ-моделей. При этом, используя функцию для постобработки типа norm3DEfar, можно рассчитать трехмерные (3D) характеристики в дальней зоне и эффективную площадь рассеяния (RCS) для того же рассеивающего объекта, на который падает линейно поляризованное фоновое излучение.

Представление результатов двухмерной осесимметричной модели в 3D. Трехмерное представление результатов расчета модели в двухмерной осесимметричной постановке. Поле рассеяния, возбуждаемое линейно поляризованным фоновым полем, можно быстро визуализировать и построить в 3D, на основе данных двухмерной осесимметричной модели с фоновым полем круговой поляризации. Трехмерное представление результатов расчета модели в двухмерной осесимметричной постановке. Поле рассеяния, возбуждаемое линейно поляризованным фоновым полем, можно быстро визуализировать и построить в 3D, на основе данных двухмерной осесимметричной модели с фоновым полем круговой поляризации.

Улучшенный пользовательский интерфейс для задания портов

Направление входного и выходного портов

Индикаторы в виде стрелок теперь помогают быстро определить, какие порты являются входными (возбуждают), а какие выходными (снимают сигнал). Стрелка указывает направление потока мощности. Возбуждающий порт обозначается стрелкой, направленной в выбранную для порта границу, а приемный порт показан выходящей из границы стрелкой. Сосредоточенные порты также поддерживают эту функцию визуализации.

Пример задания входного и выходного портов в моделях модуля RF (Радиочастоты). Направление потока энергии на границе излучающего порта в этой модели волноводного фильтра показано красной стрелкой. Направление потока энергии на границе излучающего порта в этой модели волноводного фильтра показано красной стрелкой.

Численные TEM-порты с указанием направления падения напряжения

При использовании численных портов, которые рассчитываются с помощью специального типа исследования Boundary Mode Analysis, есть сложности при расчете S-параметров для вырожденных мод. Чтобы лучше справиться с такими случаями, направление падения напряжения теперь обозначается красной стрелкой (по касательной к границе порта), которая фиксирует поляризацию поля для моды, возбуждаемой портом. Направление можно изменить с помощью кнопки Toggle Voltage Drop Direction (Поменять направление падения напряжения) в окне Settings (Настройки) узла Integration Line for Voltage (Контур интегрирования напряжения), который является подузлом численного TEM-порта. Познакомиться с описанной опцией можно в обновленной модели [Узкополосный режекторный фильтр на кольцевом резонаторе].

Пример, показывающий отображение направление падения напряжения в модели. Направление падения напряжения для численного TEM-порта в обозначается красной стрелкой. Направление падения напряжения для численного TEM-порта в обозначается красной стрелкой.

Однонаправленные мультифизические связки

Для мультифизических моделей с электромагнитным нагревом, таких как Laser Heating (Лазерный нагрев) в модуле Волновая оптика или Microwave Heating (Микроволновый нагрев) в модуле Радиочастоты, теперь доступны две новые последовательности исследований. В ходе исследования Sequential Frequency-Stationary сначала решается уравнение для электромагнитных явлений в частотной области, а затем расчитанные потери - источник электромагнитного нагрева - используются как источник тепла при стационарном расчете теплопередачи. В исследовании Sequential Frequency-Transient сначала решается уравнение для электромагнитных явлений в частотной области, а затем расчитанные потери - источник электромагнитного нагрева - используются как источник тепла в нестационарном уравнении теплопередачи. Для данных последовательностей предполагается, что в электромагнитное исследовании нет зависимостей от расчетного распределения температуры. Если можно сделать это упрощающее предположение, последовательное решение двух отдельных физических задач требует меньше вычислительных ресурсов.

Познакомиться данным функционалом можно в следующих моделях:

Полностью анизотропный показатель преломления

В выпадающем списке Electric displacement field model (Модель поля электрического смещения) при выборе опции Refractive index (Показатель преломления) для настроек модели волнового уравнения, в качестве входных данных теперь можно ввести полностью анизотропный тензор. Для преобразования этого тензора показателя преломления в тензор относительной диэлектрической проницаемости используется матричное перемножение.

Важные усовершенствования

  • Условия Идеальный электрический проводник (PEC), Идеальный магнитный проводник (PMC) и Плотность поверхностного тока теперь можно применять и к внутренним границам при использовании интерфейса Electromagnetic Waves, Time Explicit (Электромагнитные волны, явный временной решатель)
  • Граничное условие Lumped_port (Сосредоточенный порт) доступно теперь и в интерфейсе _Electromagnetic Waves, Time Explicit (Электромагнитные волны, явный временной решатель) в т.ч. для вычисления S-параметров для портов, расположенных на внешних границах
  • В некоторых учебных моделях используются SMA-коннекторы коммерческого типа, доступные в качестве шаблонов в Библиотеке частей для модуля Радиочастоты, что обеспечивает более реалистичные и точные расчеты:
  • Для удобочитаемости черного текста по умолчанию, появляющегося на участках графиков с более низкими числовыми значениями, цветовая схема по умолчанию была изменена на RainbowLight (Радужный светлый)
  • Обновились несколько учебных моделей в Библиотеке моделей и приложений для демонстрации дополнительных приемов и элементов визуализации:

Новые учебные модели

COMSOL Multiphysics® версии 5.4 содержит две новые учебные модели.