Erstellen Sie Hochfrequenz-, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Designs mit dem RF Module

Hochfrequenz-Modellierungssoftware zur Optimierung elektromagnetischer Geräte

Entwickler von Hochfrequenz- und Mikrowellengeräten müssen sicherstellen, dass die Elektromagnetik-Simulationen zuverlässig und robust sind. Die traditionelle elektromagnetische Modellierung ermöglicht es Ihnen lediglich, die Hochfrequenz-Physik zu untersuchen, aber kein reales Produkt wird von dieser Physik allein gänzlich beschrieben. Um zu sehen, wie sich andere physikalische Phänomene auf das Design auswirken, benötigen Sie eine Multiphysikmodellierung, mit der Sie das Modell um Effekte wie Temperaturanstieg, strukturelle Deformationen oder Fluidströmungen erweitern können.

Mit der RF Module-Erweiterung der COMSOL Multiphysics® Simulationsplattform können Sie Hochfrequenz-Designs in Multiphysikszenarien, einschließlich Mikrowellen- und Hochfrequenz-Erwärmung, innerhalb ein und derselben Softwareumgebung analysieren.

Design für Gegenwart und Zukunft mit dem RF Module

Produkte, Komponenten und Geräte können immer verbessert werden. Mit dem RF Module können Sie Designs optimieren, indem Sie Effekte wie elektromagnetische Wellenausbreitung, Mikrowellenerwärmung und Hochfrequenz-Erwärmung untersuchen. So stellen Sie sicher, dass Sie die bestmöglichen Produkte entwickeln und anderen auf Ihrem Gebiet einen Schritt voraus sind.

In den schnelllebigen Hochfrequenz-, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Industrien muss die Produktentwicklung mit den Fortschritten in der Technologie Schritt halten. Zum Beispiel Antennen und Hochfrequenz-Frontends, einschließlich Filter, Koppler, Leistungsteiler und Impedanz-Anpassungsschaltungen, sollten mit zukünftigen Entwicklungen wie dem 5G-MIMO-Netzwerk, dem Internet der Dinge (IoT) und SatCom kompatibel sein.

Es ist auch wichtig, die Hochfrequenz-Interferenz und -Kompatibilität in drahtlosen Kommunikationsplattformen für den nahtlosen Betrieb Ihrer Produkte zu bewerten - zur Entwicklung von Anwendungen wie Wearables, autonomen Fahrzeugen und hochmodernen Mikrowellen- und Hochfrequenz-Produkten.

Stellen Sie sicher, dass Ihre Organisation bereit ist, diese neuen Technologien und alles, was danach kommt, mit der COMSOL®-Software zu integrieren.

Was Sie mit dem RF Module bekommen

Wenn Sie COMSOL Multiphysics® mit dem RF Module erweitern, können Sie neben der Kernfunktionalität der Softwareplattform COMSOL Multiphysics® auf Funktionen für die spezialisierte Hochfrequenz- und Mikrowellenmodellierung zugreifen.

Das RF Module enthält Werkzeuge zum Modellieren von:

  • Antennen
  • Fernfeld-Strahlungsmuster
  • Antennenverstärkung und Richtwirkung
  • S-Parameter
  • Eingangsimpedanz
  • Phased-Arrays
  • Schaltkreise
  • RFID
  • Biomedizinische Geräte
  • Mikrowellen-Sintern und -Spektroskopie
  • Bandpassfilter
  • Metamaterialien und integrierte Plasmonik
  • Nanostrukturen
  • Millimeterwellen- und Terahertzstrahlung
  • Resonatoren und Filter
  • Koppler und Leistungsteiler
  • Ferrimagnetische Geräte
  • Nahfeldkommunikation
  • Bloch-Floquet periodische Anordnungen und Strukturen
  • SAR-Berechnungen
  • Mikrowellenöfen
  • Streuung und Kreuzbestrahlung
  • Übertragungslinien
  • Mikcostrips
  • Koplanare Wellenleiter
  • Substratintegrierte Wellenleiter (SIW )
  • Frequenzabstimmbare Geräte
  • Hochfrequenz MEMS
  • EMI/EMC

Multiphysikalische Kopplungen

Im RF Module inbegriffen:

  • Elektromagnetische Erwärmung
  • Temperaturabhängige Materialeigenschaften
  • Feldabhängige Materialeigenschaften
  • Dehnungs- und spannungsabhängige Materialeigenschaften und verformte Geometrie

Verfügbar mit zusätzlichen Modulen:

  • Bioerhitzungs- und biomedizinische Therapie wie Mikrowellenablation und Millimeterwellen-Krebsgewebediagnose
  • Leistungseinfluss durch thermische Belastung und mechanische Verformung
  • Ferrite mit Magnetfeldvorspannung
  • Piezoelektrisch betätigte einstellbare Filter
  • Mikrowellenplasma
  • Dielektrophorese
  • Strahlungswärmeverluste
Ein COMSOL-Modell zur Untersuchung eines Butler-Matrix-Beamforming-Netzwerks.

Ein Butler-Matrix-Beamforming-Netzwerk wird unter Verwendung des Transmissionsleitung-Interfaces im RF Module entworfen und über das Interface Elektromagnetische Wellen, Frequenzbereich mit dem 3D-Modell verbunden. Die Ergebnisse zeigen das Fernfeld, die elektrische Feldnorm und den arithmetischen Phasenverlauf im Beamforming-Netzwerk.

Ein COMSOL-Modell zur Untersuchung der Mikrowellenabsorption in einer reflexionsarmen Kammer. Eine bikonische Antenne, die häufig bei EMI/EMC-Tests verwendet wird, befindet sich im Zentrum einer reflexionsarmen Kammer. Das Fernfeld-Strahlungsdiagramm und der S-Parameter im Modell zeigen, dass die Reflexion der Wände deutlich reduziert wird, ohne die Antennenleistung zu beeinträchtigen.
Ein 1D-Diagramm der S-Parameter in einem FSS-Modell, das mit COMSOL Multiphysics und dem RF Module erstellt wurde. Die S-Parameter für eine frequenzselektive Oberfläche wurden in 1D aufgetragen, um die Bandpassresonanz für das Design zu zeigen.
Ein 1D Smith-Diagramm der S-Parameter in einem FSS-Modell, das mit COMSOL Multiphysics und dem RF Module erstellt wurde. Ein Smith-Plot wurde erstellt, um die Reflektivitäts- und Transmittivitätsleistung des FSS-Modells mit unterschiedlichen Einfallswinkeln zu bewerten.
Ein Beispiel für die Modellierung der elektromagnetischen Erwärmung mit HF-Software von COMSOL. Ein x-Band-Wellenleiterbogen enthält einen dielektrischen Block mit temperaturabhängigen Materialeigenschaften. Das Modell zeigt, wie sich die Baugruppe aufgrund elektromagnetischer Verluste im Laufe der Zeit aufheizt und ermittelt die Gleichgewichtstemperatur.
Ein COMSOL Multiphysics-Modell eines Tiefpass-Mikrowellenfilters auf einer Leiterplatte. Die S-Parameter eines Tiefpass-Mikrowellenfilters auf einer Leiterplatte (PCB) werden in diesem Modell berechnet. Das Modell berücksichtigt auch den Effekt der mechanischen Verformung basierend auf der Platzierung und Länge der Stichleitungen entlang des Microstrips.

Features und Funktionalitäten des RF Modules

Erfahren Sie mehr über die Features und Möglichkeiten des RF Modules, indem Sie die folgenden Abschnitte erweitern.

Sie können Hochfrequenz- oder Mikrowellengeräte-Designs aufsetzen, indem Sie vordefinierte Physikinterfaces auswählen. Diese Interfaces sind mit Möglichkeiten und Funktionen für eine Vielzahl spezifischer Modellierungsszenarien ausgestattet, sodass Sie ein Modell erstellen können, ohne zuerst die komplexen Maxwell-Gleichungen zu ermitteln, welche die Physik beschreiben.

Ob Sie die elektromagnetischen Eigenschaften eines einfachen Hochfrequenz-Geräts untersuchen oder andere physikalische Phänomene wie Wärmeübertragung oder Strukturmechanik koppeln müssen, Sie finden alles, was Sie brauchen, in der umfassenden Auswahl integrierter Physik-Interfaces.

Wußten Sie bereits? Ein Interface ist ein umfassendes Paket von Modellierungsfunktionen, das auf einen bestimmten Analysebereich zugeschnitten ist.

Physikbasierte Modell-Interfaces im RF Module:

  • Elektromagnetische Wellen, Frequenzbereich
  • Elektromagnetische Wellen, Zeit-Explizit
  • Elektromagnetische Wellen, Zeitabhängig
  • Transmissionsleitung
  • Elektrischer Schaltkreis
  • Mikrowellenerwärmung
Die Benutzeroberfläche der COMSOL-Software enthält vordefinierte Physikinterfaces, die mit dem RF Module verfügbar sind.

Die HF-Erwärmung in einem Wellenleiter wird unter Verwendung des vordefinierten Interfaces Mikrowellenerwärmung modelliert, die verfügbar ist, wenn das RF Module der Simulationsplattform COMSOL Multiphysics® hinzugefügt wird.

Die Modellierung elektromagnetischer Probleme erfordert umfangreiche Optionen für Randbedingungen und Geometrieeinstellungen. Daher finden Sie im RF Module voreingestellte Geometriefunktionen, unabhängig davon, ob Sie in einer 1D-, 2D- oder 3D-Geometrie arbeiten.

Wählen Sie aus einer Vielzahl von detaillierten Randbedingungen, um metallische Ränder - einschließlich Impedanzränder und perfekter elektrischer und magnetischer Leiter - zu beschreiben sowie strahlende (absorbierende) Ränder, wie z.B. streuende Ränder und perfekt aufeinander abgestimmte Schichten (Perfectly Matched Layers). Um die Modellgröße zu reduzieren, unterstützt das RF Module auch periodische Randbedingungen.

Wußten Sie bereits?

Sie können die Rechenzeit und den Arbeitsspeicher reduzieren, indem Sie eine Randbedingung Periodische Bedingung, Perfekt Absorbierende Schicht oder Symmetrie verwenden.

Die Vielfalt der Randbedingungen deckt eine breite Palette von Designszenarien ab, mit denen Sie die Geometrie von Anschlüssen, Kabeln, Geräten und anderen Komponenten und komplexen Geometrien modellieren können.

Randbedingungen im RF Module:

  • Oberflächen
    • Perfekte elektrisch leitende Oberflächen
    • Finite Leitfähigkeit
    • Dünne verlustreiche Ränder
    • Symmetrie
    • Periodisch
    • Freiraum
    • Streuende (absorbierende) Ränder
    • Perfekt aufeinander abgestimmte Schichten (PMLs)
  • Elemente
    • Kapazitiv
    • Induktiv
    • Resistiv
    • Komplexe Impedanz
  • Ports
    • Rechteckig
    • Ringförmig
    • Periodisch
    • Koaxial
    • Benutzerdefiniert
    • Numerisch (Moden-angepasst)
    • Vereinfacht
    • Zwei-Port-Netzwerksysteme
    • Kabelanschlüsse
    • Netzströme
    • Punktdipole
 

Wollen Sie die volle Kontrolle über Ihre Simulation übernehmen? Mit der gleichungsbasierten Modellierung können Sie die grundlegenden Gleichungen direkt in der Software ändern und das Modell für Ihre eigenen Analysen weiter anpassen.

Bei Aufgaben aus dem Bereich der Elektromagnetikmodellierung stützt sich das RF Module auf die Finite-Elemente-Methode, insbesondere die Frequenzbereichsform der maßgeblichen Maxwell-Gleichungen. Durch das Modifizieren von benutzerdefinierten Gleichungen mit der Finite-Elemente-Methode erhalten Sie die Ergebnisse, die Sie für ein sicheres und zuverlässiges Endprodukt benötigen.

Wußten Sie bereits? Die Finite-Elemente-Methode wird in vielen Fällen gegenüber der Finite-Differenzen-Methode bevorzugt - und zwar sowohl bei Multiphysik-Anwendungen als auch bei Bauteilen aus komplexen Geometrien.

Als zusätzlichen Vorteil können Sie durch die Verwendung eines gleichungsbasierten Modellierungsansatzes ohne die Notwendigkeit grundlegender Programmierung die Flexibilität bei der Modellierung erheblich erhöhen und die Zeit für die Erstellung von Simulationen verkürzen.

Flexibilität im RF Module durch gleichungsbasierte Modellierung:

Wußten Sie bereits? Gleichungsbasierte Modellierung ist die Möglichkeit, auf die zugrundeliegenden Gleichungen zuzugreifen und diese zu ändern.

  • 1D
    • Transmissionsleitungsgleichungen (können auf 2D- oder 3D-Anwendungen projiziert werden)
  • 2D
    • In/Außerhalb der Ebene liegende Polarisationen oder vollständiger Dreikomponentenvektor
    • Out-of-Plane-Ausbreitung
  • 2D-rotationssymmetrisch
    • In der Ebene oder außerhalb der Ebene (azimutale) Polarisationen oder vollständiger Dreikomponentenvektor
    • Bekannte Azimutalmodenzahlen
  • Feldformulierungen:
    • Gesamtwelle (Vollfeld)
    • Hintergrundwelle (Streufeld)
  • 3D
    • Vollwellenform der Maxwell-Gleichungen unter Verwendung von Vektorkanten- (Curl-) Elementen
    • Materialeigenschaftsbeziehungen:
      • Dielektrische Medien
      • Metallische Medien
      • Dispersive Medien
      • Verlustbehaftete Medien
      • Anisotrope Medien
      • Gyrotrope Medien
      • Gemischte Medien
  • (Nichtdimensionale) Schaltkreismodellierung mit SPICE-Netzlisten
 

Sie haben im RF Module die absolute Kontrolle über Ihr Netz. Dies ist besonders nützlich, wenn die Materialeigenschaften während der Simulation variieren, z. B. durch elektromagnetische Erwärmung.

Mit der physikalisch gesteuerten Vernetzungsfunktion in COMSOL Multiphysics® können Sie die Wellenlängen elektromagnetischer Phänomene für genaue Lösungen auf einfache Weise auflösen. Anschließend können Sie die Anzahl der Gitterelemente noch variieren, um die zur Lösung des Modells gewünschte Genauigkeit zu erzielen.

Mit einer Vielzahl von automatischen und manuellen Vernetzungsoptionen können Sie dielektrische Gebiete und perfekt angepasste Schichten (PMLs) sowie periodische Strukturen für Hochfrequenz-Modelle miteinander verbinden. Die Steuerung des Netzes gewährleistet genaue Simulationsergebnisse.

Vernetzungsmerkmale im RF Module:

  • Tetraeder
  • Dreiecke
  • Hexaeder
  • Prismen
  • Rechtecke
Ein Screenshot der COMSOL-GUI für eine EM-Simulation, die PMLs und die physikgesteuerte Netzfunktion verwendet. Eine Fahrzeuggeometrie wird mit der physikalisch gesteuerten Vernetzungsfunktion diskretisiert. Das Auto ist in perfekt angepassten Schichten eingeschlossen, die durch ein Luft-Gebiet getrennt sind, um das Fernfeld-Strahlungsmuster der Heckscheiben-FM-Antenne zu berechnen.

Sie können die in COMSOL Multiphysics® enthaltenen numerischen Methoden und Löser zur Berechnung der komplexen Gleichungen hinter den elektromagnetischen Simulationen verwenden - ohne dabei Schnelligkeit oder Genauigkeit opfern zu müssen. Die durchdachten Standard-Löser, die in das RF Module integriert sind, sichern die Korrektheit Ihrer Analyse und unterstützen damit Ihr Design durch solide numerische Ergebnisse.

Je nach Zielsetzung der Simulation können Sie den passenden Studientyp auswählen und bei Bedarf alle zugehörigen Einstellungen bearbeiten, und das für Eigenwert-, Frequenzbereichs- und vollständig transiente Analysen. Basierend auf Ihren spezifischen Simulationsanforderungen bietet das RF Module eine Methode zur Lösung Ihres Problems.

Numerische Methoden im RF Module:

  • FEM
    • Frequenzbereich
    • Impliziter Zeitbereich
    • Vektor / Kantenelemente der 1., 2. oder 3. Ordnung, die sich an die Krümmung von CAD-Oberflächen anpassen
  • Diskontinuierliche Galerkin (dG), expliziter Zeitbereich
  • Transmissionsleitungsgleichung, Frequenzbereich
  • Modellordnungsreduktions (MOR) -Techniken
    • Asymptotische Wellenformauswertungs (AWE) -Methode
    • Modales Verfahren im Frequenzbereich

Studientypen im RF Module:

  • Eigenfrequenz
    • Resonanzfrequenzen und Q-Faktoren einer Struktur
    • Ausbreitungskonstanten und -verluste in Wellenleitern
  • Frequenzbereich
    • Verhalten über Frequenzbereich berechnen
  • Voll transient
    • Nichtlineare Materialien
    • Signalausbreitungs- und -antwortzeit
    • Verhalten im stark breitbandigen Bereich
    • Zeitbereichsreflektometrie (TDR)
Ein Screenshot, der ein Wilkinson-Leistungsteilermodell zeigt, welches eine Frequenzbereichstudie im RF Module verwendet. Die elektrische Feldnorm eines Wilkinson-Leistungsteilers wird unter Verwendung des Frequenzbereich-Studientyps modelliert. Die Studieneinstellungen wurden für einen bestimmten Frequenzbereich konfiguriert.

Präsentieren von Simulationsergebnissen für Kollegen, Kunden und Entscheidungsträger auf eine ansprechende Weise, einschließlich komplexer Visualisierungen für S-Parameter-Matrizen, Fernfeld-Strahlungsmuster und Smith-Plots. Von gefälligen Farbskalen bis hin zu übersichtlichen Darstellungen von wichtigen Größen können Sie Ergebnisse sowohl fesselnd also auch leicht verständlich präsentieren. Ganz gleich, was Sie mit Ihrer Simulation herausfinden, diese Funktionalität wird Ihr Team für die nächsten Schritte im Entwicklungsprozess einbeziehen. Die Daten können auch für die weitere Nachbearbeitung in anderen Tools exportiert werden.

Wußten Sie bereits? Sie können auch eigene Kommentare innerhalb eines Ergebnisdiagramms erstellen, um sicherzustellen, dass wichtige Daten gut sichtbar sind.

Nachbearbeitungsfunktionen im RF Module:

  • S-Parameter-Matrizen
  • Fernfeld-Strahlungsmuster
  • Antennenverstärkung
  • Axialverhältnis
  • Darstellung benutzerdefinierter Ausdrücke
  • Abgeleitete Größen und benutzerdefinierte Funktionen und Variablen
  • Radarquerschnitte
  • Smith-Plots
 

Denken Sie an die Zeit und Energie, die Sie neuen Projekten widmen könnten, wenn Sie keine wiederholten Simulationstests für Kollegen in Ihrem Team durchführen müssten. Mit dem in COMSOL Multiphysics® integrierten Application Builder können Sie Simulations-Apps erstellen, die den Simulationsworkflow weiter vereinfachen, indem Sie die Eingaben einschränken und die Ausgaben Ihres Modells steuern, damit Ihre Kollegen eigene Analysen durchführen können.

Mit Apps kann man einfach Design-Parameter ändern, z. B. die Verstärkung oder Frequenz einer Antenne, und die Änderungen dann beliebig oft testen, ohne die gesamte Simulation neu erstellen zu müssen. Sie können Apps verwenden, um Ihre eigenen Tests schneller auszuführen, oder Sie verteilen die Apps an Teammitglieder, damit diese ihre eigenen Tests ausführen und somit Ihre Zeit und Ressourcen für andere Projekte frei sind.

Der Prozess ist einfach:

  1. Erweitern Sie Ihr komplexes Hochfrequenzmodell um eine einfache Benutzeroberfläche (eine App)
  2. Passen Sie die App an Ihre Bedürfnisse an, indem Sie die Ein- und Ausgaben für die App-Benutzer auswählen
  3. Verwenden Sie das Produkt COMSOL Server™, um Apps zu katalogisieren und anderen Teammitgliedern zugänglich zu machen
  4. Ermöglichen Sie Ihrem Team, ohne weitere Unterstützung eigene Designanalysen durchzuführen

Sie erweitern die Möglichkeiten der Simulation in Ihrem Team, Ihrer Organisation, Ihrem Schulungsraum oder Ihrem Kundenstamm, indem Sie Simulations-Apps erstellen und verwenden.

Eine maßgefertigte Simulations-App zur Analyse plasmonischer Drahtgitter, die mit COMSOL Multiphysics erstellt wurde. Ein Beispiel für eine Simulations-App für die Analyse eines plasmonischen Drahtgitters auf einem dielektrischen Substrat. Die App berechnet die Beugungskoeffizienten, Spiegelreflexion und Beugung erster Ordnung als Funktionen des Einfallswinkels.
Eine benutzerdefinierte Simulations-App zum Studieren einer Microstrip-Array-Patchantenne, die mit COMSOL Multiphysics erstellt wurde. Ein Beispiel für eine App zur Simulation von Microstrip-Patch-Antennen-Arrays. Die App visualisiert das Fernfeld-Strahlungsmuster des Antennenarrays und ihre Richtwirkung. App-Benutzer können so auch phasengesteuerte Antennen-Array-Prototypen für 5G-Mobilfunknetze auswerten.

Entwickeln Sie Mikrowellen- und Millimeterwellenschaltungen, Antennen und Metamaterialien für die reale Welt

Damit Hochfrequenz-Produkte, -Geräte und -Komponenten in der realen Welt sicher funktionieren, müssen die simulierten Designs brauchbar sein. Sie können analysieren, wie sich mehrere physikalische Faktoren auf Hochfrequenz-Designs auswirken, indem Sie die COMSOL Multiphysics®-Software und das spezielle RF Module Add-On verwenden.

Die meisten der Hochfrequenz-Komponenten, -Geräte und -Produkte, die Sie entwickeln, werden von anderen Bereichen der Physik beeinflusst, sei es Wärmeübertragung, Plasma oder Strukturmechanik, um nur einige zu nennen. Für eine möglichst genaue Untersuchung müssen Sie in der Lage sein, eine Vielzahl dieser Effekte gleichzeitig zu untersuchen. Sie können alle notwendigen physikalischen Effekte in der gleichen Modellierungsumgebung mit der RF Module Erweiterung von COMSOL Multiphysics® koppeln und so Ihre Forschung optimieren.

Gibt es einen weiteren spezifischen Physikbereich, der Auswirkungen auf Ihr Endprodukt hat, und den Sie untersuchen müssen? Sie können das RF Module mit jedem Add-on- oder LiveLink™-Produkt aus der Produktpalette kombinieren und alles nahtlos in die COMSOL Multiphysics® Softwareplattform integrieren. Dies bedeutet, dass der Modellierungsworkflow unabhängig vom Anwendungsgebiet oder der Physik, die Sie modellieren, gleich bleibt.

Ein multiphysikalisches Modell einer dielektrischen Sonde, welches Wärmetransport und HF-Physik koppelt. Eine konische dielektrische Sonde, die für die Diagnose von Hautkrebs verwendet wird, wird durch Kopplung von Wärmeübertragung und HF-Physik modelliert. Die 2D-Achsensymmetrie ermöglicht eine schnelle Analyse des kreisförmigen Wellenleiters in der dominanten Mode und der Sonde mit deren Strahlungseigenschaften.
Ein multiphysikalisches Modell eines stimmbaren Resonators, das HF-Physik und MEMS verbindet. Ein stimmbarer Evaneszentmoden-Hohlraumfilter wird durch Kopplung von MEMS- und HF-Physik modelliert. Das Modell zeigt, wie die Strukturmechanik eines piezoelektrischen Aktors die Resonanzfrequenz innerhalb des Hohlraumfilters steuert.

Nächster Schritt:
Eine Software Demonstration
anfordern

Jedes Geschäftsfeld und jeder Simulationsbedarf ist anders. Um zu beurteilen, ob die Software COMSOL Multiphysics® Ihren Anforderungen entspricht, sollten Sie sich mit uns in Verbindung setzen. Wenn Sie mit einem unserer Vertriebsmitarbeiter sprechen, erhalten Sie personalisierte Empfehlungen und vollständig dokumentierte Beispiele, die Ihnen dabei helfen, eine qualifizierte Bewertung treffen zu können. Sie werden außerdem bei der Auswahl der passenden Lizenzoption für Ihre Bedürfnisse unterstützt. Klicken Sie einfach auf die Schaltfläche "COMSOL kontaktieren", geben Sie Ihre Kontaktdaten sowie Ihre spezifischen Kommentare und Fragen ein und senden Sie diese ab. Sie erhalten innerhalb eines Arbeitstages eine Antwort von einem Vertriebsmitarbeiter.