RF 模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本为“RF 模块”的用户新增了远场功能和变量,用于高效分析天线和辐射方向图,扩展了微波和毫米波电路板的材料库,并在“案例库”示例中增加了更多可视化效果和对“RF 零件库”中的工业连接器的使用。请阅读以下内容,进一步了解“RF 模块”的所有更新功能。

均匀天线阵列因子函数

新版本中,通过使用渐近法,用均匀阵列因子乘以单天线的远场,可以根据单个天线单元的辐射方向图快速高效地计算天线阵列的辐射方向图。您可以在更新的微带贴片天线模型中进一步了解到此方法的使用。


根据单个微带天线仿真组合而成的 8x8 微带贴片天线阵列模式。

用于基板的附加 RF 材料库

“RF 模块”自带的材料库新增了由 Isola Group 公司提供的 40 余种基板材料,有助于模拟印刷射频、微波和毫米波电路等;目前“RF 模块”材料库共提供了 100 多种基板材料。

二维轴对称模型的三维远场和 RCS 函数

利用新的远场函数,新版本中用户可以根据二维轴对称模型的结果,更有效地快速估计等效三维模型的远场响应。对于以下情况,在二维轴对称几何的分析中可以使用三维远场模函数:

  • 使用方位角模数为正的圆形端口激励的天线模型
  • 由预定义的圆极化平面波类型激励的散射场分析

远场模函数

描述 名称 完整名称示例 完整名称描述
三维远场模 norm3DEfar norm3DEfar_TE12 方位角模数 1,模数为 2 的 TE 模式圆形端口
三维远场模,dB normdB3DEfar normdB3DEfar_TM21 方位角模数 2,模数为 1 的 TM 模式圆形端口

更多远场后处理变量

新版本添加了用于计算最大方向性系数、增益和实际增益的新变量。这些变量可用于全局计算,无需绘制三维远场模式。当远场计算特征的选择为球形(在三维模式中)和圆形(在二维轴对称模式中),并且中心位于原点时,用户可以访问这些变量。

远场后处理变量

描述 名称 可用组件
最大方向性系数 maxD 二维轴对称,三维
最大方向性系数,dB maxDdB 二维轴对称,三维
最大增益 maxGain 二维轴对称,三维
最大增益,dB maxGaindB 二维轴对称,三维
最大实际增益 maxRGain 二维轴对称,三维
最大实际增益,dB maxRGaindB 二维轴对称,三维

过渡边界条件中的电厚层

新增的电厚层 选项将与过渡边界条件相邻的两个域解耦。边界的表现类似于内部阻抗边界条件,但层几何结构可以是表面,而不是域。

采用 FFT 的时域带通脉冲响应

瞬态分析对于采用时域反射法 (TDR) 处理信号完整性 (SI) 问题非常有用,但对于许多射频和微波问题来说,往往需要运行频域分析以得到 S 参数。通过在常规的频域研究之后执行频域到时域快速傅立叶变换 (FFT),可以执行 TDR 分析。这种类型的分析有助于通过研究时域中的信号波动来确定传输线上的物理不连续性和阻抗失配。您可以在新增的通过频域到时域 FFT 分析研究有缺陷的微带线模型进一步了解如何使用此功能。

使用时域集总端口电压的微带线模型。 使用时域集总端口电压的示例。信号过冲和下冲是由于微带线不连续造成的。 使用时域集总端口电压的示例。信号过冲和下冲是由于微带线不连续造成的。

瞬态研究中的远场分析

新版本的电磁波,瞬态 接口提供远场域计算特征。使用此特征,您可以先运行瞬态响应分析,然后进行时域到频域的 FFT 来执行频域宽带天线远场模式分析。您可以在新增的双频带印刷天线瞬态分析模型中看到此功能的应用演示。

显示远场辐射方向图的双频带印刷天线模型。 双频带印刷天线,第二次谐振时的远场辐射方向图已生成可视化效果。图中还显示介电板顶部的电场模分布。 双频带印刷天线,第二次谐振时的远场辐射方向图已生成可视化效果。图中还显示介电板顶部的电场模分布。

二维轴对称的圆偏振背景场

现在,使用二维轴对称分量进行建模时,可以将圆极化平面波 选项用于散射场公式。要使用此功能,首先在二维轴对称模型中使用圆偏振背景场来激励轴对称散射体。然后,使用 norm3DEfar 函数来计算三维模式中由线性偏振背景场照射的同一散射体的远场和雷达散射截面 (RCS)。

在三维中表示二维轴对称模型的演示。 二维轴对称模型的三维表示。由线性偏振背景场激励的三维球体的散射场响应可以通过具有圆偏振背景场的二维轴对称模型快速计算。 二维轴对称模型的三维表示。由线性偏振背景场激励的三维球体的散射场响应可以通过具有圆偏振背景场的二维轴对称模型快速计算。

端口的定义方式更为简便

输入和输出端口方向

现在箭头指示器有助于快速识别哪些端口是输入端口(激励),哪些是输出端口(侦听器)。箭头指向功率流向。在端口边界上,受激励端口由向内箭头表示,而侦听器端口由向外箭头表示。集总端口也支持这一可视化特征。

在 RF 模型中定义输入端口和输出端口的示例。 对于这个虹膜滤波器波导示例模型中受激励的端口边界,功率流的方向以红色箭头表示。 对于这个虹膜滤波器波导示例模型中受激励的端口边界,功率流的方向以红色箭头表示。

具有压降方向的数值 TEM 端口

通过边界模式分析来分析数值端口时,退化模式很难处理 S 参数计算。为了更好地处理这种情况,现在采用与端口边界相切的红色箭头来表示压降方向,并固定端口模式场极化。可以通过选中电压积分线 节点设置 窗口中的切换压降方向 框来改变方向,该节点是数值 TEM 端口特征的子特征。您可以在更新的使用开口环谐振器的陷波滤波器模型中看到此功能的应用演示。

显示模型中压降方向的示例。 数值 TEM 端口的压降方向用红色箭头表示。 数值 TEM 端口的压降方向用红色箭头表示。

模型向导中的单向耦合多物理场

对于涉及电磁热的多物理场,如“波动光学模块”中的激光加热 或“RF 模块”中的微波加热,现在“模型向导”中提供两个新的研究序列。顺序频域-稳态 研究首先求解电磁学的频域方程,然后在求解后续的稳态传热方程时使用电磁热源作为源项。顺序频域-瞬态 研究首先求解电磁学的频域方程,然后在求解后续的瞬态传热方程时使用电磁热源作为源项。对于这两个研究序列,假设电磁学分析与计算的温度分布无关。只要可以做出这种简化的假设,便能减少按顺序求解这两个物理场所需的计算资源。

以下模型使用了这一功能:

全各向异性折射率

现在,在波动方程特征的电位移场模型 组合框中选择折射率 选项后,您可以输入全各向异性张量。矩阵乘法用于将该折射率张量转换为相对介电常数张量。

重要的功能增强

新增教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本新增了两个教学案例。