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COMSOL Multiphysics® 6.4 Release Highlights

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Neuerungen im RF Module

Für Nutzer des RF Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.4 eine vereinfachte Modellierung von Übertragungsleitungen, ein neues Feature für das Metamaterial-Design sowie erweiterte Fernfeldfunktionen für die Optimierung und Polarisationsanalyse. Weitere Informationen zu diesen und weiteren Updates finden Sie unten.

Verbesserte Modellierung von Übertragungsleitungen

Das neue Interface Transmission Line, Parameters ersetzt eine komplexe Multiphysik-Konfiguration durch vereinfachte Konfigurationen. Es berechnet den Serienwiderstand, die Serieninduktivität, die Parallelleitfähigkeit und die Parallelkapazität pro Längeneinheit sowie die charakteristische Impedanz und die Ausbreitungskonstante für Zweileiter-Übertragungsleitungen. Die Berechnung wird im Frequenzbereich unter Verwendung einer 2D-Modellierung durchgeführt und im Tutorial-Modell Transmission Line Parameters of a Coaxial Cable veranschaulicht.

Mehrleiterkonfigurationen werden nun im Interface Transmission Line durch mehrere abhängige Variablen unterstützt. Parameter für verteilte Elemente werden als quadratische Matrizen definiert, deren Größe sich nach der Anzahl der Leiter richtet. Darüber hinaus werden nun Serien- und Shunt-Element-Features unterstützt, wodurch die Modellierungsflexibilität verbessert wird.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics mit dem Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Signal Conductor, dem entsprechenden Einstellungsfenster und vier Grafikfenstern.
Ein Koaxialkabel, das mithilfe des Interfaces Transmission Line, Parameters modelliert wurde. Das Modell extrahiert die Parameter der Übertragungsleitung und berechnet das elektrische Potential, das elektrische Feld und die magnetische Flussdichte.

Neues Feature Periodic Structure für optimierte Materialmodellierung

Um die Modellierung periodischer Strukturen und Metamaterialien zu optimieren, enthält das neue Feature Periodic Structure, das im Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domainverfügbar ist, standardmäßig die Features Periodic Port und Floquet Periodic Condition. Die Tutorial-Modelle Fresnel Equations (RF) und Frequency Selective Surface, Periodic Complementary Split Ring Resonator veranschaulichen diese Neuerung.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Periodic Structure, das entsprechende Einstellungsfenster und zwei Grafikfenster.
Das Tutorial-Modell Frequency Selective Surface, Complementary Ring Resonator wurde überarbeitet und verwendet nun die neue Funktion Periodic Structure.

Erweiterte Fernfeldfunktionalität

Die Fernfeldfunktion steht nun für die Optimierung zur Verfügung und ermöglichen Formoptimierungsstudien, die die Antennenverstärkung verbessern. Das neue Tutorial-Modell Optimizing the Front End of a Conical Horn Lens Antenna veranschaulicht diese Funktion. Darüber hinaus wurden die neuen Variablen EfarLHCP und EfarRHCP eingeführt, mit denen links- und rechtsdrehende zirkulare Polarisationskomponenten in Fernfeldanalysen berechnet werden können.

Die Fernfeldstrahlung in Gegenwart eines Substrats kann auch mit dem neuen Feature Far-Field Domain, Inhomogeneous analysiert werden. Diese neue Feature unterstützt die Fernfeldberechnung für Strukturen, die aus einem Supersubstrat (Luft) und einem homogenen dielektrischen Substrat bestehen, wie im Tutorial-Modell Embedded Scatterer on a Substrate dargestellt.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem erweiterten Fenster Replace Expression und zwei Antennenmodellen im Grafikfenster.
Auf die Fernfeldfunktionen kann in den Einstellungen der Studie Shape Optimization über die Schaltfläche Replace Expression im Abschnitt Objective Function zugegriffen werden.

Diese Animation veranschaulicht, wie der Optimierungsprozess die ursprüngliche Linsengeometrie modifiziert, um eine Version mit verbesserter Verstärkung zu erzielen.

Neue Variablen zur Berechnung der Kopplung zwischen verschiedenen Quell- und Zielrändern

Um die Analyse der Kopplung zwischen geführten Wellen und Wellen im freien Raum (und umgekehrt) zu vereinfachen, wurden neue Variablen für die Auskoppelungseffizienz (d. h. das Verhältnis zwischen der integrierten Ausgangsleistung und der Eingangsleistung) definiert. Die Variablen werden hierarchisch akkumuliert, wodurch die Analyse der Kopplung sowohl an kleinen als auch an großen Komponenten und Rändern vereinfacht wird. In ähnlicher Weise gibt es eine Hierarchie von Variablen, um den integrierten Verlust aufgrund von Absorption zu berücksichtigen. Es stehen Variablen sowohl für den Leistungsverlust als auch für den auf die Eingangsleistung normierten Verlust zur Verfügung. Diese Funktionalität wird in erster Linie im Modell Modeling a Scatterer Near an Optical Waveguide demonstriert, ist aber auch in den folgenden Tutorial-Modellen zu sehen:

Ein Wellenleitermodell mit einem Streuer, das die Ergebnisse des gestreuten Lichts darstellt.
Ein Wellenleiter mit einem Streukörper (dargestellt als Säule). Das nach hinten, vorne und zu den Seiten gestreute Licht wird durch die neuen Auskoppelungsvariablen berechnet.

Aktualisierung des Polarisationsplots und Verbesserungen der Ergebnisse

Für den Plot Polarization gibt es eine neue Option zur Normierung der Polarisationsellipsen auf die größte Beugungseffizienz. Dadurch repräsentiert die Größe der Ellipse die Beugungseffizienz. Darüber hinaus gibt es neue Plotoptionen, die den Bereich für die Ausbreitung von Beugungsordnungen anzeigen. Der aktualisierte Polarisationsplot ist in den Tutorial-Modellen Hexagonal Grating (Wave Optics) und Hexagonal Plasmonic Color Filter zu sehen.

Das Feature Cross Section Calculation bietet nun mehrere Optionen für die Modellierung der Streuungs-, Absorptions- und Extinktionsquerschnitte: einen Standard-Plot oder eine globale Auswertung, die in den Modellen Optical Scattering off a Gold Nanosphere und Scatterer on Substrate verwendet werden.

Global Evaluation Knoten, wie Reflektions-, Transmissions- und Beugungseffizienzen, wurden in einer Evaluation Group zusammengefasst, wodurch automatische Aktualisierungen der Tabellendaten nach wiederholten Simulationen möglich sind. Diese Funktionalität wird im Tutorial-Modell Waveguide S-Bend demonstriert, in dem Reflexion, Transmission und Verlust bewertet werden.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit der hervorgehobenen 1D-Plot-Gruppe, das entsprechende Einstellungsfenster und einen Polarisationsplot im Grafikfenster.
Das Polarisationsdiagramm für das Tutorial-Modell Hexagonal Grating (Wave Optics), das die auf die größte Beugungseffizienz normierten Polarisationsellipsen und die Kurve zeigt, die den Bereich für die Ausbreitung von Beugungsordnungen umgibt.

Neue Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics® Version 6.4 enthält mehrere neue Tutorial-Modelle für das RF Module.

Optimizing the Front End of a Conical Horn Lens Antenna

Zwei Antennenmodelle, von denen eines eine effektivere Linsenform aufweist.
Eine parametrisierte Linsengeometrie wird zu einer effektiveren Linsenform optimiert, wodurch die erzielte Verstärkung verbessert wird. Durch die Formoptimierung entfällt die Notwendigkeit einer expliziten Parametrisierung, und es wird eine vergleichbare oder bessere Leistung in einem Bruchteil der Zeit erreicht, die für mehrere parametrische Sweeps erforderlich wäre.
Application Library Titel:
conical_horn_lens_antenna_shape_optimization
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Microstrip Patch Antenna Surrogate Model

Zwei Antennenmodelle, die das vollständige Finite-Elemente-Modell (FEM) und das Ersatzmodell zeigen.
In diesem Beispielmodell wird ein Ersatzmodell mit einem Deep Neural Network (DNN) trainiert, um die Leistung einer Mikrostreifen-Patch-Antenne in Abhängigkeit von vier Designparametern zu bewerten: Patch-Länge, Stichleitungslänge, Dielektrizitätskonstante des Substrats und Frequenz. Das Ersatzmodell ermöglicht eine schnelle Leistungsschätzung, ohne dass vollständige elektromagnetische Simulationen erforderlich sind. Die asymptotische Wellenformauswertung der berechneten S-Parameter wird ebenfalls für eine effiziente Frequenzganganalyse verwendet.
Application Library Titel:
microstrip_patch_antenna_surrogate
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Embedded Scatterer on a Substrate

Eine metallische Kugel auf einem Substrat, die das Strahlungsmuster veranschaulicht.
Eine elektromagnetische Welle mit transversaler elektrischer Polarisation (TE) trifft auf eine in ein Substrat eingebettete Metallkugel. Die Fernfeldvariablen werden für mehrere Einstrahlungswinkel berechnet.
Application Library Titel:
embedded_scatterer_on_substrate
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MRI Implant Heating

Ein Schraubenimplantatmodell, das die HF-induzierte Erwärmung veranschaulicht.
Dieses Tutorial-Modell veranschaulicht die HF-induzierte Erwärmung eines passiven leitfähigen polyaxialen Schraubenimplantats, das in die Wirbel C3–C5 eingesetzt und von einem Gel-Phantom umgeben ist, das menschliches Gewebe nachahmt. Die Geometrie und die Materialeigenschaften des Phantoms entsprechen der Norm ASTM F2182-19e2.
Application Library Titel:
mri_implant_heating
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Efficient Modeling of a Spherical Radome

Ein sphärisches Radom-Modell, das das vollständige 3D-Verhalten darstellt.
Dieses Modell demonstriert einen effizienten Ansatz zur Simulation eines dünnen, sphärischen Radoms unter Verwendung einer 2D-achsensymmetrischen Formulierung mit kubischer Diskretisierung. Die Verwendung von Elementen höherer Ordnung auf einem groben Netz reduziert den Rechenaufwand bei gleichbleibender Genauigkeit.
Application Library Titel:
radome_spherical
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