借助射频仿真研究三端口铁氧体环行器设计

Caty Fairclough 2018年 7月 13日

环行器有点类似圆形交叉路口(也称为旋转或环形交叉口):它们内部的运动仅发生在一个方向上,而且每条路径都兼作入口和出口。然而,在环行器中,微波信号总是在下一个可用端口处出射。由于这种特性,环行器可用于涉及到将发射器和接收器耦合到公共天线的应用。为了确保环行器能够成功运行,电气工程师可以使用电磁仿真来研究环行器设计。 微波环行器快速入门 微波环行器是一种非互易多端口设备,通常包含三个 Y 形端口。在环行器中,来自一个端口的入射波只能耦合到下一个端口。由于这项功能,电气工程师经常使用环行器来隔离微波元件。 环行器的简单示意图。图片由 Geek3 提供。在 CC BY-SA 3.0 许可下使用,通过 Wikimedia Commons 分享。 微波环行器的一个常见应用是双工器。在环行器的作用下,无线电通信系统或雷达单元中的发射器和接收器能够共享公共天线,同时仍将接收器与发射器隔离。 为了构建环行器,工程师经常使用各向异性材料,如铁氧体,因为它们具有高电阻和高磁导率。但是,材料的选择会影响波在环行器端口之间传播的方式。在本例中,我们使用 COMSOL Multiphysics® 软件附加的“RF 模块”来精确分析铁氧体材料和环行器的内部工作原理。 使用 COMSOL® 软件模拟三端口铁氧体环行器 下面所示的无损三端口铁氧体环行器实例以三个 120° 角连接的矩形波导部分构成。在每个分支内,相同的介电调谐元件被用来匹配 Y 形接头。铁氧体柱置于接头中心,并被 H0 偏置磁场沿轴线方向磁化。 三端口微波环行器的几何结构。 该模型分析了 10G Hz 的 TE10 波在环行器中的传输过程。由于 TE10 波导模式在横向上没有变化,因此可以使用二维模型来简化分析。 包含介电调谐元件的二维环行器几何结构。 环行器的一个设计目标是通过匹配接头来减少输入端口的反射。为了匹配接头,必须确定当调谐元件采用各种不同的材料时,TE10 波在三个端口之间的传播效果。为此,您可以计算 TE10 基模下与调谐元件介电常数相关的 S 参数(衡量环行器的透射率和反射率)。 铁氧体环行器设计能够正常运行吗? 使用“RF 模块”,您可以对环行器设备进行 S 参数分析。下图比较了介质匹配元件(eps_r)的相对介电常数与 S11 参数,后者与端口 1(输入臂)的反射系数有关。 该结果表明设备在 eps_r = 1.29 附近实现了最小反射。 S11 参数与相对介电常数的关系。 在第二张绘图中,仔细查看 eps_r 值等于 1.29 时的情况。您可以使用此值来看到约为 -35 dB 的反射系数。这对于环行器设计来说是一个很好的值。 微波环行器中的电场模和功率流。 从上图中的功率流箭头可以看出,微波能量按照预期在一个方向上从一个端口流向另一个端口。另外,在电场大小绘图中没有驻波模式。基于这些发现,我们可以得出结论,环行器设计的行为表现符合预期。 利用电磁仿真,电气工程师可以有效推进微波环行器的设计进程。 后续操作 如希望试用微波环行器案例,请单击下方按钮,跳转至“案例下载”页面,您可以获得详细的建模说明和 MPH 文件(请注意,这需要有效的软件许可证和 COMSOL Access 帐户)。 […]

了解更多

博客分类

Caty Fairclough 2018年 6月 21日

任意拆开一套现代电子产品,我们基本上都会看到印刷电路板(printed circuit board,简称 PCB)的身影。仔细观察这个常见的组件,你可以看到它表面上布设了很多条铜线。这些导线可以利用电沉积工艺进行印制,因为这项工艺能够通过电化学反应改变器件表面。为了提高面向电路板制造的电沉积技术,工程师可以借助数值建模。

了解更多

博客分类

Caty Fairclough 2018年 6月 20日

硅平面器件、成像传感器和微处理器内通常都包含了金属-氧化物-硅(MOS)电容器。为了保证这些器件正常运行,工程师可以使用仿真准确分析电容器设计。COMSOL Multiphysics® 软件附加的“半导体模块”为用户提供了多种分析优化方法……

了解更多

Caty Fairclough 2018年 5月 17日

埃里伯斯山(Mount Erebus)是地球上最偏远的火山之一,它坐落在冰雪覆盖的南极。酷寒的环境容易造成一些误解,埃里伯斯山实际上是南极洲最活跃的火山。在绘制岩浆流时,一种方法是采用大地电磁法(MT)这项技术来测量地壳的电阻率。为了研究和改进大地电磁法,工程师可以使用电磁仿真来分析其性能。

了解更多

博客分类

Caty Fairclough 2018年 4月 27日

想象一间坐满了学生的教室,讲台上,老师正高声谈论室内声学的基础理论和相关现象。为了让学生能够直观体验这些概念,教师创建了一个可通过 Web 浏览器访问仿真 App,使学生能够即时更改参数并查看结果,获得生动的学习体验。在德国慕尼黑工业大学(Technical University of Munich),多个类似的 App 已经进入课堂,为教师和学生带来诸多益处……

了解更多

Caty Fairclough 2018年 4月 25日

人的心脏一天中约跳动 10 万次。伴随着每一次跳动,心脏中的四个瓣膜都会完全张开,再紧紧合上,通过心腔单向输送血液。基于建模的心脏瓣膜性能研究有助于医学研究人员找到多种心脏疾病的治疗方法。来自 Veryst Engineering 的团队使用 COMSOL Multiphysics® 软件对心脏瓣膜的开合进行了模拟。

了解更多

Caty Fairclough 2018年 2月 21日

缝隙螺旋天线拥有多功能性和宽带频率响应特性,因此被广泛用于无线通信、传感、定位、跟踪及许多不同微波频段的应用。为了优化缝隙螺旋天线的设计,工程师们可以利用电磁分析来精确计算诸如 S 参数和远场模式之类的特性。

了解更多

博客分类

Caty Fairclough 2018年 2月 13日

动脉粥样硬化是一种常见的心血管疾病,患者的动脉会因斑块积聚而变得十分狭窄。医生在进行治疗时,会在阻塞的动脉中插入一个小小的金属丝网状管,即所谓的支架。支架扩张后,可以撑开动脉,恢复血液的流动。为了顺利进行手术,并尽量减少潜在的健康危害,支架设计必须经过全面的研究和优化。为此,我们可以使用 COMSOL Multiphysics® 软件对支架进行非线性结构力学分析。

了解更多

Caty Fairclough 2018年 1月 10日

距离太阳系 11 光年的太空中,一颗名为罗斯 128 b 的系外行星绕着一颗红矮星转动。这颗行星拥有孕育生命的潜力,是迄今为止人类发现的距离地球第二近的宜居行星,它的表面温度可能与地球相似。天文学家利用 HARPS 中阶梯光栅光谱仪测得的数据检测到 Ross 128b。为了进一步推进对类地系外行星的探索,我们可以使用 COMSOL Multiphysics® 软件提高中阶梯光栅光谱仪的灵敏度。

了解更多

博客分类

Caty Fairclough 2017年 12月 12日

如鸟儿展翅,如飞机翱翔,未来的数据共享方式是如此的快捷、自由。环绕地球运行的卫星有可能彻底地改变人类收集与共享信息的方式。相比于有线或无线数据网络,以卫星系统为基础的空间互联网(Internet of Space,简称 IoS)技术能够向全球各地,甚至是最偏远的地区提供网络接入服务。

了解更多

博客分类


博客分类


博客标签

1 2 3 6