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用於微波和 RF 設計軟體

微波和 RF 設計的可視化預測

RF 和微波器件的設計人員可以使用 RF 模組來設計天線、波導、濾波器、電路、空腔和超隱材料。通過快速精確地模擬電磁波傳播和共振,工程師們能夠計算電磁場分佈、傳輸、反射、阻抗、Q 因子、S 參數和功率耗散等參數。模擬可以降低您實驗的成本,並且能夠評估和預測無法在實驗中直接測量的物理效應。

與傳統的電磁模擬相比,您還可以擴展模型應用,從而可以考慮諸如升溫、結構形變和流體流動之類的效應。在電磁器件模擬時可以將多個物理效應耦合在一起,從而考慮所有添加的物理場之間的相互作用。

 

求解器技術

RF 模組的底層方程基於有限元素方法求解。Maxwell 方程使用有限元素方法,通過數值穩定的邊單元(也稱為向量單元)結合最先進的算法(對產生的稀疏方程組進行預處理和迭代求解)進行求解。迭代求解器和直接求解器均可以在多核計算機上並行運行。集群計算可用於:頻率掃描,這些頻率被分佈在集群內的多台計算機上,從而可以實現極快速計算;或使用直接求解器配合分布式記憶體 (MPI) 來求解大型模型。

電磁模擬的分析模式

控制方程場公式

軟體含有全波和背景波公式。全波公式求解模型中包含的所有源項產生的總場,而背景波公式則假定來自外部源項的已知背景場——這是表示雷達截面和電磁波散射模型的常用方法。

邊界條件

邊界條件可用於模擬完美導電導體表面、有限電導率表面,以及有損薄層內部邊界。對稱邊界和週期邊界條件可以模擬整個模型空間中的任一單元,而散射邊界條件和完美匹配層 (PML) 則用於模擬自由空間的邊界。模組含有各種用於模擬端口的不同激勵邊界條件:矩形、圓形、週期性、同軸、近似集總、用戶定義的,以及精確數值計算的端口激勵。您可以添加表示電纜終端以及集總電容、電感和電阻元件的邊界條件。此外,線電流和點偶極子還可用於快速原型設計。

解類型

模擬可以設置為特徵值問題、頻域問題或完全暫態問題。特徵值問題可以找到結構的共振頻率和 Q 因子,以及波導中的傳播常數和損失。頻域問題可以計算單一頻率下或一系列頻率下的電磁場。在計算某個頻率範圍內的過程時,快速頻率掃描(使用Padé 逼近方法)可以顯著減少求解時間。暫態模擬可用於二階全波向量法,也可用於記憶體使用效率更高的一階間斷Galerkin 法。暫態模擬用於模擬非線性材料、信號傳播與返回時間,以及模擬極寬波段行為。

多物理場耦合

 COMSOL Multiphysics® 中開發的所有模型公式可以完全耦合,從而使電磁場可以影響任何其他物理場,也會受任何其他物理場影響。特別是,微波加熱專用介面除了具有傳統的功率沉積功能,還擴展了其它的功能,例如 SAR 計算和精確升溫預測。通過在頻域求解 Maxwell 方程,在穩態或時域求解傳熱方程,可以計算隨時間推移發生的升溫,以及計算不同材料屬性對於溫度的影響。

微波和 RF 模擬的擴展結果

計算結果一般使用預定義繪圖表示,可以描述電場與磁場、S 參數、功率流和損耗等。快速後處理工具可以快速生成遠場輻射圖。此外,您也可以使用自定義物理量的表達式繪圖,或模擬結果的列表衍生值來表示結果。S 參數矩陣可以導出為Touchstone 格式,並且所有數據都可以導出為表、文本文件、原始數據和圖像等格式。

建模流程簡單明瞭,主要包括以下步驟:通過 COMSOL ®本地工具或 CAD 模型導入來創建幾何、選擇材料、選擇適合的用戶介面和分析類型、定義端口和邊界條件、自動創建有限元網格、自適應網格求解、可視化,並對結果進行後處理。所有步驟均從COMSOL Desktop® 中執行。在求解步驟,軟體自動選擇的預設求解器會針對每個特定 RF 介面進行調整,但也可以使用自定義的設置。

RF 和微波設計的示例模型

RF 模組案例庫通過教程和標竿模型來描述介面功能及其獨特特性。模型庫包含了天線、鐵氧體器件、微波加熱、無源器件、散射和雷達截面 (RCS) 分析、RF 和微波工程中的傳輸線和波導等方面的模型,以及教學模型,還有用於驗證 RF介面標竿模型。