RF 模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“RF 模块”的用户引入了静电放电和闪电脉冲的新特征、通过单击域来快速定义导电边界的功能,以及各种实用特征和功能的可用性增强。请阅读以下内容,了解有关“RF 模块”的所有更新功能。

静电放电和闪电脉冲

静电放电(ESD)和闪电会对电子元件产生有害的影响,因此 ESD 和闪电的建模仿真在许多行业中具有重要意义。“电磁波,瞬态”接口中的集总端口边电流 特征现在都支持预定义和参数化的用于描述 ESD 和闪电的时间脉冲函数。为了方便检查,可以在运行仿真之前绘制预览脉冲形状,以确保所选的函数参数合适。

人手指模型和电路板模型,以 Rainbow 颜色表显示流线。
静电放电对电路板影响的可视化效果。瞬态 集总端口特征中的扩展的人体放电模型描述了短时间内的多个电流浪涌。

“电磁波,边界元”接口中的“集总端口”特征

使用电磁波,频域 接口时,集总端口 特征普遍用于激励和终止天线、传输线及其他设备。此特征现在可以在电磁波,边界元 接口中使用,包括同轴用户定义通过均匀 集总端口类型。

偶极天线阵列,主要以橙色、黄色和红色显示,中心周围呈现可见波。
15x2 半波偶极天线阵列的电场和远场增益方向图的主极化 x 分量。每个天线元件都由用户定义的集总端口类型进行激励。

“电磁波,边界元”接口中的电介质散射体

现在,边界元法支持电磁波与介电物体之间的相互作用,包括计算相关远场散射属性。您可以在电磁波,边界元 接口中使用这一新功能,需要在每个电介质散射体域中添加一个波动方程,电 节点。此外,还可以添加远场计算 节点来计算远场量,如辐射方向图。

多层阻抗边界条件

借助新功能,您可以对集肤深度较小的基板上的多个薄层(例如金属表面上的薄电介质涂层)进行建模,并使用电磁波,频域 接口中的多层阻抗边界条件 特征来描述此类薄层,需要将全局材料 节点中的多层材料材料 节点中的多层材料链接 结合使用。

二维轴对称支持线偏振平面波背景场

具有任意偏振和入射角的线偏振平面波 背景场类型现在可用于二维轴对称,并利用了一种扩展方法,适用于对平面波激励下的旋转体散射进行建模。与在三维中模拟同一问题相比,二维轴对称模型使用的内存和时间明显更少,对于大型电散射体来说尤其如此,并且还有助于使用更密集的网格来提高精度。在二维轴对称模型中使用线偏振平面波 背景场时,软件会自动添加方位角模数的辅助扫描。为了构建全解,在后处理过程中需要对每个方位角模式的贡献求和。您可以在新的石墨烯对圆柱散射体的隐身作用 (RF)教学案例中查看此特征的应用演示。

计算前绘制解析端口模场

矩形圆形同轴 端口类型的模场由解析函数描述。在新版本中,可以在运行仿真之前预览这些端口模式类型,前提是端口 边界与主轴平行。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中“端口”条件处于选中状态,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示 H 弯波导模型,“端口切向模场”窗口以 Rainbow 颜色表显示模场。
矩形 TE10 模式的 端口设置和场。绘制按钮位于 模式类型组合框旁边。

分配导电域的用户体验更好

域中充满高导电材料时,通常不需要显式建模,但它们的边界需要被建模。理想电导体(无损)和阻抗边界条件(有损)边界条件可以应用于导电域的边界,而将域的内部移除。当导电域包含许多边界时,将边界条件分别应用于所有边界往往很麻烦,但在 6.1 版本中,新的理想电导体阻抗边界条件 域条件可以直接应用于导电域,而无需定位所有边界或手动移除内部结构。以下模型演示了导电域特征:

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中“理想电导体”特征处于选中状态,并显示其对应的设置窗口;“图形”窗口中显示汽车几何形状。
使用 理想电导体特征选择体积域来指定电缆线束和接线盒的导电外表面。

集肤深度计算器

您可以使用新的集肤深度计算器功能来计算集肤深度(可由材料的电导率或电阻率来定义),从而帮助您确定特定边界条件的应用是否合适。集肤深度计算器 显示在阻抗边界条件过渡边界条件多层阻抗边界条件多层过渡边界条件 特征的设置中。以下模型演示了集肤深度计算器 特征的使用:

新增易于使用的“对称平面”特征

对称平面 特征可以简化理想电导体 (PEC) 和理想磁导体 (PMC) 对称平面的定义。当出于对称性考虑而减小模型大小时,可以使用此特征代替理想电导体理想磁导体 边界条件。不仅如此,在计算远场以及定义解析端口 模场和集总端口 阻抗时,可以使用有关对称平面 特征的类型和位置信息。您可以在现有的微波炉模型中查看这一新特征的应用演示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中“对称平面”节点处于选中状态,并显示其对应的设置窗口;“图形”窗口显示微波炉模型。
“微波炉”教学案例中使用的 对称平面节点,以及计算出的电场和热分布。

阵列因子数据集用于快速评估天线阵列性能

通过结合阵列因子函数和单天线的远场,可以实现虚拟天线阵列的可视化。这个过程通常需要一个冗长的表达式,在新版本中使用新的阵列因子 数据集更便捷,所需的所有输入变元都可以直观地添加到阵列因子 数据集中。当在辐射方向图中使用简单的单天线远场或增益表达式,而数据集被配置为阵列因子 时,将自动结合表达式和阵列因子函数,生成一个虚拟阵列辐射方向图。您可以在现有的微带贴片天线相控阵天线建模模型中查看此特征的应用演示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中“阵列因子”数据集处于选中状态,并显示其对应的设置;“图形”窗口中显示阵列增益的比较绘图。
阵列因子数据集需要阵列的大小、波束控制的相移、阵列单元之间以波长为单位的位移或间距,以及应用于单天线远场表达式的函数。

远场计算边界上的快速网格细化

电磁波,频域 接口的物理场控制网格设置中新增一个添加远场边界层 复选框,选中后,软件将在选择的散射边界条件或完美匹配层相邻的远场计算边界上创建厚度为默认最大网格大小 1/40 的边界层网格,这有助于获得更精确的远场分析结果,如总辐射功率(emw.TRP)和雷达散射截面(RCS)(emw.bRCS3D)。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中一个网格处于选中状态,并显示其对应的设置;一个“图形”窗口显示边界层网格,另一个“图形”窗口仅显示部分网格。
选中 添加远场边界层选项后,软件会在完美匹配层与远场域的公共边界上生成边界层网格(暗红色)。

四端口网络

电磁波,频域 接口现在包含四端口网络 边界条件,采用 S 参数来描述四端口网络组件响应的特性。您可以导入一个 Touchstone 文件,通过四端口边界来描述四端口器件或系统的物理特性和响应,而无需处理复杂的几何。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中“四端口网络”边界条件处于选中状态,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示四端口器件。
复杂的四端口器件可以简化为一个简单的四端口网络特征,其中器件的特征是用 Touchstone 文件导入。

有限元法 (FEM)-边界元法 (BEM) 多物理场耦合

新的 FEM-BEM 耦合特征可以简化电磁波混合 FEM-BEM 模型的设置,在“模型向导”中作为电磁波,FEM-BEM 多物理场接口提供,其中将电磁波,频域电磁波,边界元 接口与新的电场耦合 多物理场耦合特征相结合。

迎风通量公式

电磁波,时域显式 接口的波动方程 节点中的通量类型 参数现在还包含迎风通量 选项,可用于改进 S 参数的计算 - 理想电导体 (PEC) 边缘周围的过度耗散可能导致计算精度较低(使用默认的 Lax-Friedrichs 通量参数时可能发生这种情况)。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中“波动方程”节点处于选中状态,并显示其对应的设置;“图形”窗口中显示两个绘图。
波动方程节点的 设置窗口,显示了 通量类型参数的新 迎风通量选项,其中所采用的迎风通量公式(绘图 1)有助于抑制尖锐 PEC 边的过度耗散(绘图 2)。

弱形式端口选项

在扩展端口边界上的电场时,新的 端口公式会为扩展系数(S 参数)添加一个标量因变量,然后仅使用弱表达式求解 S 参数和边界上的切向电场。由于不使用约束条件,这个公式在求解时完全移除了约束消除步骤,从而提高了计算效率。这个新的端口公式取代了 6.0 版本中引入的无约束端口公式。

您可以在几乎所有基于端口的教学案例中查看这个新端口公式的应用演示,包括:

二维轴对称中的协变公式

在二维轴对称公式中,将面外因变量公式化为以下形式会更加方便

,

上式称为协变公式。其中,Ψ 是因变量, 是径向坐标。因此,面外电场分量通过下式进行计算

协变公式在数值稳定性和精度方面具有更好的性能。与以前的版本相比,特征频率仿真会返回更少的特征频率;但是,返回的解具有更高的精度,并且返回的伪解也少得多。

此公式用于除模式分析边界模式分析 以外的所有研究类型,您可以在以下模型中查看其应用演示:

自适应频率扫描的性能得到提升

自适应频率扫描 研究步骤已针对分析进行了优化,其中仅存储选择的场输出,例如域或边界,这对滤波器应用中的端口等非常有用,其性能提升高达 25%。对于需要非常高的分辨率结果的应用,其性能增益甚至更大。以下模型演示了这一新的功能改进:

一维绘图,其中 x 轴表示频率,y 轴表示 S 参数。
“波导虹膜滤波器”模型(位于“RF 模块”案例库)的常规扫描与 自适应频率扫描的高分辨率输出之间的 S 参数比较图。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“RF 模块”引入了多个新的教学案例。