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RF Module Updates
Für Nutzer des RF Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.1 neue Funktionen für elektrostatische Entladungen und Blitzschläge, die Möglichkeit, leitende Ränder schnell durch das Anklicken von Gebieten zu definieren, sowie Verbesserungen der Benutzerfreundlichkeit für eine Vielzahl von Features und Funktionen. Hier erfahren Sie mehr über alle Updates des RF Module.
Elektrostatische Entladung und Blitzschläge
Elektrostatische Entladungen (ESD) und Blitze können schädliche Auswirkungen auf elektronische Komponenten haben. Daher ist die Modellierung von ESD und Blitzen in vielen Branchen von großer Bedeutung. Sowohl die Funktionen Lumped Port als auch Edge Current im Interface Electromagnetic Waves, Transient unterstützen jetzt vordefinierte und parametrisierte zeitliche Pulsfunktionen, die häufig zur Beschreibung von ESD und Blitzen verwendet werden. Zur leichteren Überprüfung können die Pulsformen vor der Ausführung der Simulation sofort angezeigt werden, um sicherzustellen, dass die gewählten Funktionsparameter geeignet sind.
Lumped Port Feature im Electromagnetic Waves, Boundary Elements Interface
Die Funktion Lumped Port wird bei der Verwendung des Interfaces Electromagnetic Waves, Frequency Domain allgegenwärtig zur Anregung und zum Abschluss von Antennen, Übertragungsleitungen und anderen Geräten verwendet. Diese Funktion ist jetzt auch im Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements verfügbar und umfasst die Lumped-Port-Typen Coaxial, User Defined, Via und Uniform.
Dielektrischer Streuer im Electromagnetic Waves, Boundary Elements Interface
Die Wechselwirkung von elektromagnetischen Wellen mit dielektrischen Objekten wird jetzt für die Randelemente-Methode unterstützt, einschließlich der Berechnung der zugehörigen Fernfeld-Streuungseigenschaften. Diese neue Funktionalität ist im Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements verfügbar. Sie erfordert das Hinzufügen eines Knotens Wave Equation, Electric zu jedem dielektrischen Streuungsgebiet. Außerdem kann ein Knoten Far-Field Calculation hinzugefügt werden, um Fernfeldgrößen, wie zum Beispiel das Strahlungsmuster, auszuwerten.
Layered Impedance Boundary Condition
Eine neue Funktion ermöglicht es Ihnen, mehrere dünne Schichten auf einem Substrat mit geringer Eindringtiefe zu modellieren, wie zum Beispiel dünne dielektrische Schichten auf einer Metalloberfläche. Solche dünnen Schichten lassen sich mit der Funktion Layered Impedance Boundary Condition beschreiben, die im Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain verfügbar ist. Dazu müssen Sie ein Layered Material im globalen Knoten Materials und einen Layered Material Link im Knoten Materials kombinieren.
Linearly Polarized Plane Wave Hintergrundfeld in 2D-Achsensymmetrie
Der Hintergrundfeldtyp Linearly polarized plane wave mit beliebiger Polarisation und beliebigem Einfallswinkel ist jetzt für 2D-Achsensymmetrie verfügbar und verwendet eine Expansionsmethode. Er eignet sich für die Modellierung der Streuung von Rotationskörpern unter Anregung durch ebene Wellen. Im Vergleich zur Modellierung desselben Problems in 3D benötigt das achsensymmetrische 2D-Modell deutlich weniger Speicherplatz und Zeit, insbesondere bei elektrisch großen Streuern, und ermöglicht die Verwendung eines dichteren Netzes zur Verbesserung der Genauigkeit. Wenn Sie das Hintergrundfeld Linearly polarized plane wave in der 2D-Achsensymmetrie verwenden, wird automatisch ein Hilfssweep der azimutalen Modenzahl hinzugefügt. Um die vollständige Lösung zu erstellen, müssen Sie bei der Nachbearbeitung die Beiträge der einzelnen azimutalen Moden addieren. Sie können diese Funktion in dem neuen Modell Cloaking of a Cylindrical Scatterer with Graphene (Wave Optics) sehen.
Darstellung des analytischen Port-Modenfeldes vor der Berechnung
Die Modenfelder der Porttypen Rectangular, Circular, und Coaxial werden durch analytische Funktionen beschrieben. In dieser Version können diese Arten von Port-Moden vor der Ausführung der Simulationen in der Vorschau angezeigt werden, unter der Bedingung, dass die Port-Ränder parallel zu den Hauptachsen liegen.
Bessere Benutzerfreundlichkeit bei der Zuweisung von leitenden Gebieten
Wenn Gebiete mit hochleitenden Materialien gefüllt sind, müssen sie normalerweise nicht explizit modelliert werden. Vielmehr müssen ihre Ränder modelliert werden. Die Randbedingungen Perfect Electric Conductor (verlustfrei) und Impedance Boundary Condition (verlustbehaftet) können auf die Ränder eines leitfähigen Gebiets angewendet werden, wobei das Innere des Gebiets entfernt wird. Wenn das leitfähige Gebiet viele Ränder enthält, ist es oft umständlich, die Randbedingungen auf alle einzeln anzuwenden. In Version 6.1 können die neuen Gebietsbedingungen Perfect Electric Conductor und Impedance Boundary Condition direkt auf das leitende Gebiet angewendet werden, ohne dass Sie alle Ränder lokalisieren oder das Innere manuell entfernen müssen. Die Funktionen für leitenden Gebiete sind in den folgenden Modellen verfügbar:
Skin Depth Calculator
Eine neue Funktion kann verwendet werden, um die Eindringtiefe zu berechnen, die durch die elektrische Leitfähigkeit oder den spezifischen Widerstand eines Materials definiert werden kann. Damit können Sie feststellen, ob die Anwendung einer bestimmten Randbedingung angemessen ist. Der Skin Depth Calculator ist in den Einstellungen der Funktionen Impedance Boundary Condition, Transition Boundary Condition, Layered Impedance Boundary Condition und Layered Transition Boundary Condition verfügbar. Die Funktion Skin Depth Calculator ist in den folgenden Modellen zu sehen:
Neues benutzerfreundliches Symmetry Plane Feature
Das Feature Symmetry Plane vereinfacht die Definition von Symmetrieebenen für perfekte elektrische Leiter (PEC) und perfekte magnetische Leiter (PMC). Diese Funktion wird anstelle der Randbedingungen Perfect Electric Conductor und Perfect Magnetic Conductor verwendet, wenn die Modellgröße aus Symmetrieüberlegungen reduziert wird. Außerdem werden die Informationen über den Typ und die Position der Symmetry Plane Features bei der Berechnung von Fernfeldern und bei der Definition von analytischen Port-Modenfeldern und der Lumped-Port-Impedanz verwendet. Sie können sich dieses neue Feature in dem bestehenden Modell Microwave Oven ansehen.
Array-Faktor-Datensatz für die schnelle Bewertung der Leistung von Antennen-Arrays
Die Visualisierung eines virtuellen Antennen-Arrays kann durch die Kombination der Array-Faktor-Funktion und des Fernfeldes einer einzelnen Antenne realisiert werden. Dieser Prozess erfordert oft einen langwierigen Ausdruck, ist aber mit dem neuen Datensatz Array Factor jetzt einfacher zu handhaben. Alle Eingabeargumente für die Array-Funktion können intuitiv zum Datensatz Array Factor hinzugefügt werden. Wenn ein einfacher Ausdruck für das Fernfeld oder die Verstärkung einer einzelnen Antenne in einem Strahlungsdiagramm verwendet wird, während der Datensatz für Array Factor konfiguriert ist, werden der Ausdruck und die Array-Faktor-Funktion automatisch kombiniert und ein virtuelles Array-Strahlungsdiagramm erzeugt. Diese Funktion ist in den bestehenden Modellen Microstrip Patch Antenna und Modeling of a Phased Array Antenna zu sehen.
Schnelle Netzverfeinerung an den Rändern der Fernfeldberechnung
In den physikgesteuerten Netzeinstellungen des Interfaces Electromagnetic Waves, Frequency Domain gibt es ein Kontrollkästchen Add far-field boundary layers. Wenn Sie dieses Kontrollkästchen aktivieren, wird in den Rändern der Fernfeldberechnung neben der Auswahl von Streuungsrandbedingungen oder Perfectly Matched Layers ein Randschichtnetz mit einer Dicke von 1/40 der maximalen Standardnetzgröße erstellt. Auf diese Weise erhalten Sie genauere Fernfeld-Analyseergebnisse wie die Gesamtstrahlungsleistung (emw.TRP
) und den Radarquerschnitt (RCS) (emw.bRCS3D
).
Four-Port Network
Das Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain enthält jetzt die Randbedingung Four-Port Network, die die Reaktion einer Four-Port-Netzwerkkomponente mit S-Parametern charakterisiert. Sie können eine Touchstone-Datei importieren, um mit Hilfe von Four-Port-Randbedingungen das physikalische Verhalten und die Reaktion eines Geräts oder Systems mit vier Anschlüssen zu beschreiben, ohne sich mit einer komplizierten Geometrie auseinandersetzen zu müssen.
Finite Element Method (FEM)–Boundary Element Method (BEM) Multiphysik-Kopplung
Eine neue FEM-BEM-Kopplungsfunktion vereinfacht die Einrichtung von hybriden FEM-BEM-Modellen für elektromagnetische Wellen. Sie ist im Modellassistenten als Multiphysik-Interface Electromagnetic Waves, FEM-BEM verfügbar, das die Interfaces Electromagnetic Waves, Frequency Domain und Electromagnetic Waves, Boundary Elements mit einer neuen Multiphysik-Kopplungsfunktion Electric Field Coupling kombiniert.
Upwind Flux Formulierung
Der Parameter Flux type im Knoten Wave Equations für das Interface Electromagnetic Waves, Time Explicit enthält jetzt auch eine Option Upwind flux. Diese Option kann verwendet werden, um S-Parameter-Berechnungen zu verbessern, die aufgrund von Überdissipation an den Rändern perfekter elektrischer Leiter (PEC), die bei Verwendung der standardmäßigen Lax-Friedrichs-Flussparameter auftreten kann, eine geringe Genauigkeit aufweisen.
Weak Port-Formulierung
Bei der Expansion des elektrischen Feldes an einem Port-Rand fügt die neue Weak Port-Formulierung eine skalare abhängige Variable für den Expansionskoeffizienten (den S-Parameter) hinzu und löst dann die S-Parameter und das tangentiale elektrische Feld am Rand mithilfe eines schwachen Ausdrucks. Da keine Beschränkungen verwendet werden, entfällt bei dieser Formulierung der Schritt der Eliminierung von Beschränkungen beim Lösen vollständig. Diese neue Port-Formulierung ersetzt die beschränkungsfreie Port-Formulierung, die in Version 6.0 eingeführt wurde.
Sie finden diese neue Port-Formulierung in fast allen portbasierten Tutorial-Modellen, wie zum Beispiel:
Kovariante Formulierung in 2D-Achsensymmetrie
In der achsensymmetrischen 2D-Formulierung ist es vorteilhaft, die abhängige Variable außerhalb der Ebene zu formulieren als
,
was als kovariante Formulierung bezeichnet wird. Dabei ist Ψ die abhängige Variable und ist die radiale Koordinate. Die Komponente des elektrischen Feldes außerhalb der Ebene wird dabei wie folgt berechnet:
Die kovariante Formulierung hat eine bessere Leistung in Bezug auf numerische Stabilität und Genauigkeit. Im Vergleich zu früheren Versionen können die Eigenfrequenzsimulationen weniger Eigenfrequenzen liefern. Allerdings sind die Lösungen genauer und es werden viel seltener fehlerhafte Lösungen zurückgegeben.
Diese Formulierung wird für alle Studientypen außer Mode Analysis und Boundary Mode Analysis verwendet und ist in den folgenden Modellen zu sehen:
Verbesserte Leistung des Adaptive Frequency Sweep
Der Studienschritt Adaptive Frequency Sweep wurde für Analysen optimiert, bei denen die Feldausgabe nur für eine Auswahl gespeichert wird, wie zum Beispiel ein Gebiet oder einen Rand. Dies ist zum Beispiel für Ports in Filteranwendungen nützlich. Die Leistungsverbesserung für einen solchen Sweep beträgt bis zu 25%. Noch größer ist der Leistungszuwachs bei Anwendungen, bei denen sehr hoch aufgelöste Ergebnisse benötigt werden. Die folgenden Modelle veranschaulichen diese neue Verbesserung:
Neue Tutorial-Modelle
COMSOL Multiphysics® Version 6.1 enthält mehrere neue Tutorial-Modelle für das RF Module.
Lightning-Induced Voltage of a Wire in an Airplane
Application Library Titel:
lightning_induced_voltage_airplane
Lightning-Induced Voltage of an Overhead Line Over Lossy Ground
Application Library Titel:
lightning_induced_voltage_overhead_lines
Cloaking of a Cylindrical Scatterer with Graphene
Application Library Titel:
cylinder_graphene_cloak
Modeling of a Differential Microstrip Line
Application Library Titel:
microstrip_line_tem_differential