Встроенные физические интерфейсы

Для указанных выше расчётов в модуле «Радиочастоты» доступен целый ряд т.н. физических интерфейсов, для которых заданы и готовы для использования CAD-заготовки, условия на домены, модели материалов, специализированные граничные и начальные условия, предустановленные настройки сетки и исследования, а также графики и операции вычисления в постобработке. Все эти узлы доступны в UI COMSOL Multiphysics^®, в т.ч. их можно редактировать.

CAD-импорт и библиотека заготовок

С помощью модуля «CAD-импорт» вы можете импортировать геометрии из сторонних CAD-программ для последующего СВЧ-анализа. В программе доступны инструменты для их исправления и упрощения для целей эффективного построения сетки и последующего численного моделирования. Модуль «CAD-импорт и CAD-операции» помимо это позволяет использовать дополнительные продвинутые геометрические операции типа лофтинга, построения галтелей и фасок, создания твердотельных объектов за счёт утолщения поверхностей и создания поверхностных объектов, совпадающих со средним сечением твердотельных объектов.

При построении геометрий непосредственно в COMSOL Multiphysics^® вы можете использовать т.н. библиотеку заготовок Part Library модуля «Радиочастоты», в которой содержится ряд параметризованных объектов типа коннекторов, волноводов и SMD-компонентов. В этих заготовках предусмотрены необходимые элементы для задания проводящих границ и прочих настроек физических интерфейсов.

Конвертация данных между частотной и временной областями

Расчёты во временной области эффективны при численном моделировании динамической рефлектометрии и задач целостности сигнала (SI-анализ), однако типовые радиофизические приложения предполагают использование данных в частотной области, в т.ч. S-параметров. В этом случае вы можете конвертировать результаты расчёта в частотной области с помощью солвера для быстрого Фурье преобразования (FFT). Такой подход позволит удобным образом на основе временных откликов идентифицировать разрывы и рассогласования импеданса в линии передач.

Расчет в частотной области широкополосных устройств может быть достаточно времязатратным. В этом случае можно наоборот провести исследование во временной области и конвертировать данные в частотную с помощью аналогичного солвера (FFT) и автоматически получить S-параметры и характеристики в дальней зоне.

Сопряжённые мультифизические расчёты

Для реалистичных расчётов современных радиофизических устройств вы можете использовать совместно инструменты модуля «Радиочастоты» и других расширений программы. Сопряженный тепловой и прочностной анализ важен при проектировании фильтров. Например, резонаторные фильтры включают как металлические, так и диэлектрические компоненты. Проводимость металлизации, а следовательно и уровень потерь в системе, зависит от температуры. Рассеяние мощности в тепло приводит к нагреву, который в свою очередь вызывает термические деформации. Такие эффекты обуславливают сдвиг рабочих х-к СВЧ-устройства, который может быть учтён в рамках мультифизического расчёта.

Граничные условия

Для высокоточного моделирования э/м волновых процессов требуется большой набор граничных условий, позволяющих описывать металлические поверхности, открытые задачи, периодичность и т.п.

Список ключевых ГУ, доступных в модуле «Радиочастоты»:

• Идеальные электрические и магнитные проводники (PEC & PMC)
• Импеданс (граница с конечной проводимостью)
• Трансферный импеданс (тонкий проводящий слой или набор слоев)
• Условия периодичности (в т.ч. по Флоке)
• Поглощающие границы
• Сосредоточенные элементы (Ёмкости, индукторы, резисторы)
• Порты
  • Для прямоугольных и круглых волноводов
  • Для коаксиальных кабелей
  • С предварительным расчётом профиля и х-к моды (Numeric)
  • Для возбуждения TEM-мод в сечении
  • Сосредоточенные
  • Двух- и трёх- портовые системы, описываемые через Touchstone-файлы

Свойства материалов

Вместе с модулем «Радиочастоты» поставляется библиотека материалов с данными по свойствам диэлектрических подложек, которые активно используются при проектировании устройств СВЧ, микроволнового и миллиметрового диапазонов. Так, в ней представлены материалы следующих производителей:

• Rogers Corporation
• Isola Group
• Avient Corporation

При настройке модели вы можете задавать как линейные и изотропные свойства, так и неоднородные, анизотропные, нелинейные и дисперсионные соотношения. Такие свойства как относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости могут быть заданы как комплекснозначные числа или выражения. Также можно использовать готовые модели материала с заданием тангенса угла потерь, дисперсии по Друде-Лоренцу или Дебаю или нелинейных свойств ферритовых материалов.

Визуализация и экспорт данных

После проведения расчётов вы можете использовать предустановленные графики для визуализации распределений электрических и магнитных полей, S-параметров, потока мощности, потерь, характеристик в дальней зоне и диаграмм Смита. S-параметры можно экспортировать в Touchstone-формате.

Вы также можете выводить в виде графиков или таблиц любые пользовательские выражения.

Периодические структуры

Периодические решётки — базовый элемент многих устройств типа радаров, систем получения изображения, 5G-устройств. Инструменты модуля «Радиочастоты» позволяют эффективно и успешно моделировать такие системы, описывая уникальные ячейки с периодическими условиями по Флоке на границах и возможностью учёта высших дифракционных порядков на отражение и прохождение.