RF Module
Neue App: Simulator für runde Hornantenne
Die TE-Moden eines kreisförmigen Wellenleiter breiten sich entlang der welligen Innenfläche einer runden Hornantenne aus, an der auch eine TM-Mode erzeugt wird. Wenn diese Moden kombiniert werden, wird die Kreuzpolarisation an der Antennenapertur verringert. Mit dieser Anwendung können Sie die Antennenstrahlungscharakteristik und das Apertur-Kreuzpolarisations-Verhältnis verbessern, indem Sie die Antennengeometrie ändern.
Fernfeldstrahlung bei einer runden Hornantenne. Die Geometrieparameter und Betriebsfrequenzen können geändert werden, um die Antennenleistung zu optimieren.
Fernfeldstrahlung bei einer runden Hornantenne. Die Geometrieparameter und Betriebsfrequenzen können geändert werden, um die Antennenleistung zu optimieren.
Wellenvektorvariable für periodischen Port und Beugungsordnungs-Port in der Nachbearbeitung
Für die Wellenvektoren der einfallenden Welle und die verschiedenen Beugungsordnungen (einschließlich der reflektierten Welle) wurden Nachbearbeitungsvariablen integriert. Mit diesen Variablen können die Beugungsordnungen für Gitter und andere periodische Strukturen in Pfeilplots dargestellt werden.
Ein Pfeilplot zeigt die verschiedenen Beugungsordnungen eines Plasmon-Drahtgitters.
Ein Pfeilplot zeigt die verschiedenen Beugungsordnungen eines Plasmon-Drahtgitters.
Modellierung von einfallenden und gestreuten ebenen Wellen bei 2D-Achsensymmetrie mit der Streuungs-Randbedingung
Die Randbedingung Streuende Randbedinung für achsensymmetrische 2D-Modelle umfasst nun eine Option für gestreute ebene Wellen. Sie können die Streuende Randbedinung nun so definieren, dass eine sich entlang eines Koaxial-Wellenleiters ausbreitende Welle absorbiert wird. Siehe das Beispiel unten. Weiterhin können Sie das Feld einer einfallenden Welle angeben, die sich entlang der Symmetrieachse ausbreitet. Dies ist für die Erregung und Absorption von Wellen sinnvoll, die sich entlang eines Koaxial-Wellenleiters ausbreiten, wenn die Erregungsoption Lumped Port nicht verwendet werden soll. Die Angabe eines Feldes ist auch für Gaußsche Strahlen sinnvoll, die sich im freien Raum ausbreiten.
Die Abbildung oben zeigt die Einstellung der Streuungs-Randbedingung für die Erregung einer einfallenden Welle, die sich entlang eines koaxialen Wellenleiters ausbreitet.
Die Abbildung oben zeigt die Einstellung der Streuungs-Randbedingung für die Erregung einer einfallenden Welle, die sich entlang eines koaxialen Wellenleiters ausbreitet.
Neue konstitutive Beziehung beim Frequenzbereich-Interface: Verlusttangens, Verlustwinkel und Verlusttangens, Verlustfaktor
Das alte Verlusttangentenmodell wurde in Verlusttangens, Verlustwinkel umbenannt. Das neue Modell für elektrische Verschiebungsfelder Verlusttangens, Verlustfaktor wurde hinzugefügt, das die direkte Eingabe eines Materialverlustfaktors ermöglicht.
Die neuen Modelle für Verlusttangens, Verlustwinkel und Verlusttangens, Verlustfaktor.
Die neuen Modelle für Verlusttangens, Verlustwinkel und Verlusttangens, Verlustfaktor.
Nachbearbeitungsvariable für Stehwellenverhältnis (VSWR)
Viele auf dem Markt erhältlichen Standardantennen für Eintor-Geräte werden mit dem Stehwellenverhältnis (VSWR) charakterisiert. VSWR ist nun für erregte Anschlüsse verfügbar. Im Anwendungsbeispiel „Biconical Antenna for EMI/EMC Testing“ wird ein 1D-VSWR-Plot dargestellt.
Oberflächenrauheit von verlustbehafteten leitfähigen Oberflächen
Oberflächenrauhigkeit ist nun als Unterfunktion für die Randbedingungen Übergangs-Randbedingung und Impedanz-Randbedinung verfügbar. Mit diesen Randbedingungen und dem Oberflächenrauhigkeits-Modell „Sägezahn“ oder „Schneekristallstruktur“ wird der Oberflächenstrom skaliert.
Impedanz-Randbedingung, Modell „Sägezahn“
Impedanz-Randbedingung, Modell „Sägezahn“
Oberflächenstromdichte für die Übergangs-Randbedingung
Für die Übergangs-Randbedingung steht eine einseitige Oberflächenstromquelle für EMI/EMC-Anwendungen zur Verfügung. Mit der Randbedingung wird ein eingeprägter Strom modelliert, der an einer Seite einer dünnen leitenden Schicht fließt.
Neue Übungsanleitung: Simulation des Übersprechens von Antennen auf einem Flugzeugrumpf
Antennenübersprechen ist problematisch wenn mehrere Antennen auf einer einzelnen, großen Plattform verwendet werden. Mit diesem Modell wird die Interferenz zwischen zwei identischen Antennen bei verschiedenen Antennenkonfigurationen im Ultrakurzwellenbereich mit einer S-Parameteranalyse untersucht. Die Empfangsantennen sind an einem Flugzeugrumpf installiert. Die 2D- und 3D-Fernfeldstrahlungsmuster einer Senderantenne werden berechnet, und das Feld wird auf der Flugzeugoberfläche dargestellt.
Der Betrag des elektrischen Feldes auf der Flugzeugoberfläche. Die Antenne oben am Flugzeug ist die Senderantenne und die Antenne unten ist die Empfängerantenne.
Der Betrag des elektrischen Feldes auf der Flugzeugoberfläche. Die Antenne oben am Flugzeug ist die Senderantenne und die Antenne unten ist die Empfängerantenne.
Neue Übungsanleitung: Entwicklung eines Wellenleiter-Diplexers für das 5G-Mobilfunknetz
Ein Diplexer ist ein Gerät, das Signale zusammenfügt oder in zwei verschiedene Frequenzbänder trennt. Es wird in Mobilfunksystemen eingesetzt. Mit dieser Übung wird das Trennen von Eigenschaften mithilfe einer vereinfachten 2D-Geometrie simuliert. Mit den berechneten S-Parametern und elektrischen Feldern im unteren und oberen Band wird die Diplexer-Charakteristik im Ka-Band dargestellt.
Der Betrag des elektrischen Feldes bei einer Frequenz von 28 GHz, wobei nur Port 2 die Eingangsleistung aufnimmt, und bei 30,4 GHz, wobei nur Port 3 die Eingangsleistung aufnimmt.
Der Betrag des elektrischen Feldes bei einer Frequenz von 28 GHz, wobei nur Port 2 die Eingangsleistung aufnimmt, und bei 30,4 GHz, wobei nur Port 3 die Eingangsleistung aufnimmt.
Neue Übung: Modellieren einer Doppelkonusantenne für EMI/EMC-Tests
Doppelkonusantennen werden oft bei Messungen im Ultrakurzwellenbereich eingesetzt, da sie einen breiten Frequenzbereich abdecken können. Dieser Antennentyp eignet sich auch für Tests der elektromagnetischen Verträglichkeit, bei denen die Antenne als HF-Quelle bei Störfestigkeitstests eingesetzt wird. Mit diesem Modell wird eine Doppelkonusantenne simuliert, die aus Sechskantprofilen besteht, die gegenüber massiven Konussen vorteilhaft sind. Die Simulation umfasst die Berechnung des Fernfeldstrahlungsmusters und des Stehwellenverhältnisses (siehe Funktionsbeschreibung oben).
Die elektrische Feldstärke und das Fernfeldstrahlungsmuster einer Doppelkonusantenne.
Die elektrische Feldstärke und das Fernfeldstrahlungsmuster einer Doppelkonusantenne.
Neue Übung: Schnelle numerische Modellierung einer Konushornantenne
Eine asymmetrische 3D-Struktur wie eine Konushornantenne kann mit einem achsensymmetrischen 2D-Modell schnell und effizient simuliert werden. In diesem Beispiel kann die Antennencharakteristik sehr schnell berechnet werden. Dabei wird die Haupt-TE-Mode des kreisförmigen Wellenleiters berücksichtigt, indem die achsensymmetrische 2D-Geometrie der 3D-Antennenstruktur simuliert wird.
Das Fernfeldstrahlungsmuster und der Betrag des elektrischen Feldes werden graduell in Richtung Linsenmitte fokussiert.
Das Fernfeldstrahlungsmuster und der Betrag des elektrischen Feldes werden graduell in Richtung Linsenmitte fokussiert.
Neue Übung: Numerische Modellierung eines UKW-RFID-Etiketts zur Tieridentifikation
Tierbestände werden oft mithilfe von UKW-RFID-Etiketten verfolgt und identifiziert. In diesem Beispiel wird ein passives RFID-Etikett für den UKW-Bereich simuliert. Zur Berücksichtigung der komplexen Impedanz des Transponder-Chips wird der Reflexionskoeffizient berechnet. Dazu wird ein realer Referenzimpedanzwert verwendet, der bei der herkömmlichen Streuungsparameteranalyse nicht verwendet wird.
Der Betrag des elektrischen Feldes einer RFID-Etikett-Antenne und das zugehörige Fernfeldstrahlungsmuster.
Der Betrag des elektrischen Feldes einer RFID-Etikett-Antenne und das zugehörige Fernfeldstrahlungsmuster.
Neue Übung: Sechskantgitter
Eine ebene Welle fällt auf ein reflektierendes Sechskantgitter ein. Die Gitterzelle besteht aus einer herausragenden Halbkugel. Die Streuungskoeffizienten für die einzelnen Beugungsordnungen werden für verschiedene Wellenlängen berechnet.
Der Betrag des elektrischen Feldes (farbiger Plot) und der zeitgemittelte Poynting-Vektor (Pfeilplot) für einen Teil eines Sechskantgitters.
Der Betrag des elektrischen Feldes (farbiger Plot) und der zeitgemittelte Poynting-Vektor (Pfeilplot) für einen Teil eines Sechskantgitters.
Neue Übung: Modellierung einer Mobilgerätantenne
Die elektrischen Komponenten in Mobilgeräten müssen kompakt, leicht und leistungsfähig sein und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Antennen sind wesentliche Komponenten eines Mobilgerätes und müssen in vorgegebene Abmessungen passen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden Mobiltelefone oft mit PIF-Antennen ausgestattet. Das PIF-Antennen-Gestaltung kann darauf abgestimmt und ausgedehnt werden mehrere Mobilfunk-Frequenzbänder sowie Wi-Fi und Bluetooth® abzudecken. Die Antenne in diesem Einführungsbeispiel wird nur auf den AWS-Band-Downlink-Frequenzbereich (AWS: Advanced Wireless Services) abgestimmt. Die Impedanz-Anpassungseigenschaften der Antenne werden mit S-Parametern berechnet. Das Fernfeldstrahlungsmuster wird simuliert.
3D-Fernfeldstrahlungsmuster, das von einer Antenne in einem Mobiltelefon ausgeht.
3D-Fernfeldstrahlungsmuster, das von einer Antenne in einem Mobiltelefon ausgeht.
Neue Übung: Simulation der drahtlosen Leistungsübertragung kreisförmiger Rahmenantennen
Mit diesem Modell wird die Energiekopplung zwischen zwei kreisförmigen Rahmenantennen untersucht, die auf die UKW-RFID-Frequenz abgestimmt sind. Durch den Einsatz von Chip-Induktivitäten wird eine kompaktere Bauform ermöglicht. Die Senderantenne ist feststehend und die Empfängerantenne drehbar. Die beste Kopplungskonfiguration wird mit den S-Parametern bestimmt.
Suche nach der optimalen Konfiguration für die Leistungsübertragung zwischen zwei kreisförmigen Rahmenantennen. Dargestellt ist der Betrag des elektrischen Feldes.
Suche nach der optimalen Konfiguration für die Leistungsübertragung zwischen zwei kreisförmigen Rahmenantennen. Dargestellt ist der Betrag des elektrischen Feldes.
Neue Übung: Modellierung einer konischen dielektrischen Messsonde zur Hautkrebsdiagnose
Bei einer Millimeterwelle mit einer Frequenz von 35 GHz und 95 GHz wird die Ansprechempfindlichkeit von Wasser erheblich beeinflusst. In diesem Modell wird eine 35-GHz-Ka-Band-Millimeterwelle mit geringer Leistung und deren Reflexionsgrad bezüglich Feuchtigkeit zur nichtinvasiven Krebsdiagnose genutzt. Da Hauttumore mehr Feuchtigkeit als gesunde Haut enthalten, führen sie in diesem Frequenzband zu einem höheren Reflexionsgrad. Mit der Messsonde können somit Abweichungen in Tumorbereichen in Form von S-Parametern erkannt werden. Ein kreisförmiger Wellenleiter in der dominierenden Mode und eine konisch zulaufende dielektrische Messsonde, sowie die Strahlungscharakteristik der Messsonde können schnell analysiert werden. Dabei wird ein achsensymmetrisches 2D-Modell benutzt. Weiterhin können Temperaturabweichungen der Haut und der Anteil des nekrotischen Gewebes ermittelt werden.
Mit der konisch zulaufenden dielektrischen Messsonde wird menschliche Haut bestrahlt, um anhand der Reflexionseigenschaften auf Krebsbefall zu untersuchen. Die Erregung erfolgt durch elektromagnetische Millimeterwellen, die der Wellenleiter abgibt. Gezeigt werden der Betrag des elektrischen Feldes des Wellenleiters und der dielektrischen Messsonde sowie die Temperaturabweichung in der menschlichen Haut.
Mit der konisch zulaufenden dielektrischen Messsonde wird menschliche Haut bestrahlt, um anhand der Reflexionseigenschaften auf Krebsbefall zu untersuchen. Die Erregung erfolgt durch elektromagnetische Millimeterwellen, die der Wellenleiter abgibt. Gezeigt werden der Betrag des elektrischen Feldes des Wellenleiters und der dielektrischen Messsonde sowie die Temperaturabweichung in der menschlichen Haut.
Zeitbereichsmodellierung von dispersiven Drude-Lorentz-Medien
Plasmon-Lochfelder haben im letzten Jahrzehnt seit der Entdeckung der außergewöhnlichen Übertragung durch Sub-Wellenlängen-Lochfelder eine große Bedeutung erlangt. Gemäß der klassischen Bethe-Theorie kann der Transmissionsgrad für ein kreisförmiges Sub-Wellenlängen-Loch in einem PEC-Screen als (d/Lambda)^4 beschrieben werden. Der Transmissionsgrad bei realen Metallfilmen kann 50 % überschreiten und sich sogar 100 % nähern. Dieses Phänomen wird von Oberflächen-Plasmon-Polaritonen verursacht, die die durch das Loch übertragene EM-Energie tunneln können. Mit diesem Modell wird gezeigt, wie die zeitabhängige Wellengleichung für dispersive Medien modelliert werden kann. Dispersive Medien sind z. B. Plasma und Halbleiter und alle linearen Medien, die durch die Summe der Drude-Lorentz-Resonanzausdrücke beschrieben werden können.
Ein elektromagnetischer Wellenimpuls breitet sich durch ein Sub-Wellenlängenloch in einer dispersiven dielektrischen Platte aus.
Ein elektromagnetischer Wellenimpuls breitet sich durch ein Sub-Wellenlängenloch in einer dispersiven dielektrischen Platte aus.
Neue Übung: Thermische Drift in einem Mikrowellen-Hohlraumfilter
Mit Mikrowellenfiltern werden unerwünschte Frequenzkomponenten im Ausgangssignal von Mikrowellensendern eliminiert. Die Filter werden in der Regel zwischen einem Leistungsverstärker und einer Antenne geschaltet. Die Verstärker sind nichtlinear und erzeugen harmonische Schwingungen, die mit Filtern mit einem relativ engen Durchlassbereich herausgefiltert werden müssen. Aufgrund der hohen Leistungsabgabe und möglichen rauen Umgebungsbedingungen muss die Drift der Durchlassbereichsfrequenzen aufgrund thermischer Expansion bestimmt werden. Es kann leicht demonstriert werden, dass bei Verwendung von Stahl für den Zylinder die thermische Drift durch eine temperaturgetriebene Anpassung des Abstands zwischen dem Zylinderende und der Messingbox (wo sich die Einstellschraube befindet) automatisch nahezu ausgeglichen werden kann.
Mit Mikrowellenfiltern werden unerwünschte Frequenzkomponenten im Ausgangssignal von Mikrowellensendern eliminiert. Aufgrund der hohen Leistungsabgabe und möglichen rauen Umgebungsbedingungen muss die Drift der Durchlassbereichsfrequenzen aufgrund thermischer Expansion bestimmt werden.
Mit Mikrowellenfiltern werden unerwünschte Frequenzkomponenten im Ausgangssignal von Mikrowellensendern eliminiert. Aufgrund der hohen Leistungsabgabe und möglichen rauen Umgebungsbedingungen muss die Drift der Durchlassbereichsfrequenzen aufgrund thermischer Expansion bestimmt werden.
Neue Übung: Achsensymmetrischer Hohlraumresonator
Mit diesem Vergleichsmodell wird die 2D-achsensymmetrische Formel des Interfaces Electromagnetische Wellen, Frequenzbereich veranschaulicht. Das Interface steht im RF Module zur Verfügung. In dieser Übung werden die Resonanzfrequenzen und -felder in einem achsensymmetrischen Hohlraum mit einem rechteckigen Querschnitt und ideal leitenden Wänden bestimmt. Durch Trennung der Variablen werden analytische Ausdrücke für die Eigenwerte geliefert. Die durch die COMSOL-Simulation erzielten Eigenwerte stimmen ausgezeichnet mit den analytischen Werten überein. Das Modell enthält auch Anweisungen zum Plotten der kartesischen Komponenten des elektrischen Feldes in 3D, und zwar in korrekter Abhängigkeit von der Winkelkoordinate. Die Plots sind animiert, um zu veranschaulichen, dass die Moden Wanderwellen mit links- und rechtsdrehender zirkularer Polarisation sind.
Geometrie eines Hohlraums mit dem Feld einer Mode, das im Querschnitt geplottet ist.
Geometrie eines Hohlraums mit dem Feld einer Mode, das im Querschnitt geplottet ist.
Periodische Sechskantstrukturen
Sie können nun hochgenaue Analysen von periodischen Sechskantstrukturen ausführen. Sie müssen nur die Richtung der Einfallswelle an den Seiten der Sechskantzelle festlegen. Sämtliche periodischen Randbedingungen werden entsprechend angewendet. Periodische Ports wurden verbessert und können nun aufgeteilte Portränder handhaben.
Simulation eines Gitters mithilfe der neuen periodischen Sechskantstrukturen.
Simulation eines Gitters mithilfe der neuen periodischen Sechskantstrukturen.
Neue konstitutive Beziehung für die gedämpfte getriebene Polarisation beim Zeitabhängig-Interface
Im Interface Electromagnetische Wellen, Zeitabhängig können Sie jetzt das Drude-Lorentz-Dispersionsmodell aus den verfügbaren Modellen für das elektrische Verschiebungsfeld verwenden. Die Funktion Drude-Lorentz-Modell kann nun als Unterfunktion auf die Wellengleichungsfunktion angewendet werden. Die Funktion Drude-Lorentz-Modell fügt den gewünschten Bereichen die folgende Gleichung hinzu:
Diese Gleichung wird zusammen mit der zeitabhängigen Wellengleichung für das magnetische Vektorpotenzial gelöst.
Auswahl des Drude-Lorentz-Dispersionsmodells mit den Optionen „Wellengleichung, Elektrisch“.
Auswahl des Drude-Lorentz-Dispersionsmodells mit den Optionen „Wellengleichung, Elektrisch“.
Auf Null gesetzte S-Parameter für Evaneszenzmoden
Bei Portmoden für Wellen, die sich nicht ausbreiten können (evaneszente Wellen), werden die S-Parameter nun automatisch auf Null gesetzt. Somit müssen Sie keine logischen Ausdrücke hinzufügen, die die S-Parameter bei Frequenzen/Winkeln auf null setzen, deren zugehörige Welle evaneszent ist. Durch dieses Verhalten wird die Verwendung von S-Parametern bei der Nachbearbeitung vereinfacht.