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

Bridget Paulus 2018年 5月 16日

由于电磁带隙(electromagnetic band gap,简称 EBG)能够“调谐出”特定频率,所以许多应用中出现了它的身影。电磁带隙可以抑制多余的电磁干扰(electromagnetic interference,简称 EMI),并提高电磁兼容性(electromagnetic compatibility,简称 EMC)。这些结构通常安装在相隔不远的天线之间,以最大限度地减少相互耦合,从而提高天线性能。然而,EBG 并非总能提高天线的隔离度。借助 COMSOL Multiphysics® 软件和附加“RF 模块”,工程师可以对 EBG 的有效性进行分析。

了解更多

博客分类

Thomas Forrister 2018年 5月 3日

许多部署在基础通信系统中的天线都是线极化,这意味着就电场方向而言,极化被限制在了单个平面上。可产生圆极化电磁波的天线能给我们更多的选择,因为波的极化会在传播过程中发生变化,例如螺旋天线能够在轴向工作模式中产生圆极化波。RF 仿真可用于优化螺旋天线设计。

了解更多

博客分类

Brianne Christopher 2018年 4月 19日

医疗领域有很多值得我们心怀感恩的技术进步。麻醉让手术中的患者不再需要“咬紧牙关”。抗生素诞生后,医生不必放血就能治愈感染。步入现代化时代后,射频识别(radio-frequency identification,简称 RFID)系统为丰富多样的医疗保健应用创新打开了一扇窗。不过为了保证系统性能稳定,并且与其他医疗系统良好地兼容,任何新兴的医疗技术都必须经受严格的检验,生物医学领域的射频标识设备也不例外。

了解更多

博客分类

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 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

Caty Fairclough 2017年 4月 11日

微波滤波器有助于防止微波发射器的输出中出现不需要的频率成分。然而,如果微波系统发生了热漂移,滤波器的高频稳定性将变得很差。为了解决这个问题,并改进滤波器的设计,系统工程师需要预测热膨胀导致的通带频率的变化。多物理场仿真能够帮助工程师顺利完成这项任务。

了解更多

Andrew Strikwerda 2017年 1月 11日

本篇文章将开启一个全新的综合性博客系列,探讨高频电磁场的多尺度模拟方法。在首篇文章中,我们将介绍必要的支撑理论和定义。后续的文章将指导您如何使用 COMSOL Multiphysics® 软件在不同场景下对高频电磁场进行多尺度模拟。让我们开始吧!

了解更多

Jiyoun Munn 2016年 7月 4日

在频域内使用有限元法设计具有高品质因数的带通滤波器类设备时,很可能遇到这样的情况:为了更准确地描述通带,往往需要应用很多的频率采样点。通常情况下,模拟微波器件时,仿真时间与频率采样点的数量成正比,即仿真中所用的频率分辨率越精细,花费的时间就越长。为此,“RF 模块”提供了两个强大的仿真方法,可有效地提高此类设备的建模效率。

了解更多

博客分类

Jiyoun Munn 2016年 6月 1日

5G 移动网络和物联网(Internet of Things,简称 IoT)是射频及微波行业的两大热点话题。要想在此类无线应用领域取得新的进展,就需要大幅提升数据传输速率,同时还需在源电子扫描阵列(active electronically scanned arrays,简称AESA)、相控阵天线,以及多输入多输出(multiple-input-multiple-output,简称 MIMO)技术等方面取得重大突破。在上述应用的原型设计和制造过程中,缩短时间和降低成本非常重要。借助仿真和 App,我们便可以缩短无线通信设计的研发周期。

了解更多


博客分类


博客标签

1 2 3 4