RFモジュール

マイクロ波と RF 設計用のソフトウェア

RFモジュール

エバネセントモードのキャビティフィルターは、構造をキャビティ内部に追加して実装します。これは、共振周波数を、非充填キャビティのドミナントモードの周波数未満に変更します。圧電アクチュエータは、共振周波数に同調性を与える小さい空隙のサイズの制御に使用します。

マイクロ波と RF 設計を仮想的に予測

RF モジュールは、RF装置とマイクロ波装置の設計者が、アンテナ、導波管、フィルター、回路、キャビティ、メタマテリアルの設計に使用します。電磁波伝搬と共鳴挙動を短時間に正確にシミュレートするため、電磁場分布、透過、反射、インピーダンス、Q ファクター、S パラメータ、ワット損を計算できる機能が技術者向けに用意してあります。シミュレーションでは、実験では直接測定できない物理的効果を評価し予測する能力を低コストというメリットと結びつけました。

従来の電磁モデル化とは違って、モデルに温度上昇や構造変形、あるいは流量といった効果を組み込んでモデルを拡張できます。複数の物理的効果を連成できます。したがって、電磁デバイスのシミュレーションの間に、組み込んだすべての物理特性を反映させることができます。

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ソルバテクノロジ

フードの下で、RF モジュールは有限要素法をベースにしています。マックスウェルの方程式は、条件付けのための最新のアルゴリズムと得られる疎な方程式系の反復解とを組み合わせて数値的に安定したエッジ要素 (別名、ベクトル要素) の有限要素法で解きます。繰り返しと直接ソルバのいずれもマルチコアコンピュータで同時実行します。クラスタ計算は、周波数スイープを実行して利用できます。これは高速計算のためにクラスタ内で周波数ごとに複数のコンピュータに分散できます。また、分散メモリ (MPI) を使用し、直接ソルバで大型モデルを解決することもできます。

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事例紹介

  • アンテナモデリング:RF モジュールのモデルライブラリによる 2 本アームのらせんアンテナのサンプルチュートリアル アンテナモデリング:RF モジュールのモデルライブラリによる 2 本アームのらせんアンテナのサンプルチュートリアル
  • 電磁場シミュレーション:分散熱ソースは定常の周波数-領域電磁解析で計算します。これは、電子レンジオーブン内の食品で熱がどのように再分布するかを示す過渡伝熱シミュレーションです。 電磁場シミュレーション:分散熱ソースは定常の周波数-領域電磁解析で計算します。これは、電子レンジオーブン内の食品で熱がどのように再分布するかを示す過渡伝熱シミュレーションです。
  • 電磁波:ゴールドワイヤーグレーチングに入射した斜め TM 波周期構造の単位セルをワイヤーとして表示します。 電磁波:ゴールドワイヤーグレーチングに入射した斜め TM 波周期構造の単位セルをワイヤーとして表示します。
  • マイクロストリップアンテナの設計:パターンマイクロストリップパッチアンテナの放射パターンは、高速なファーフィールドプロットで 3 次元、2 次元、そして 3 次元切断面にプロットできます。 マイクロストリップアンテナの設計:パターンマイクロストリップパッチアンテナの放射パターンは、高速なファーフィールドプロットで 3 次元、2 次元、そして 3 次元切断面にプロットできます。

電磁シミュレーション用の解析オプション

支配方程式

RF モジュールは 3 次元、2 次元、2 次元軸対象の電磁場のほか、1 次元の伝送回線方程式、および SPICE ネットリストによる回路 (無次元) モデル化をシミュレートします。3 次元定式化は、ベクトルエッジ要素を利用してマクスウェルの方程式の全波形に基づいて作成しました。また、誘電体媒体、金属媒体、分散媒体、損失性媒体、異方性媒体、ジャイロトロピック媒体、混合媒体をモデル化する材料特性関係を組み込みました。2 次元定式化では、面内分極と面外分極を同時に、または別々に解決でき、さらに面外伝搬も解決できます。2 次元軸対象の定式化では、方位角場と面内場を同時にまたは別々に解決でき、既知の方位角モードナンバーを解決することもできます。

場の定式化

全波定式化と背景波定式化のいずれも利用できます。全波定式化では、モデルにすべてのソースを組み込んで全場を解決します。一方、背景波定式化では、外部ソースの既知の背景場を解決します。これがレーダー断面モデルと電磁散乱モデルの共通の手法です。

境界条件

境界条件は、完全な伝導性表面、有限伝導性の表面、モデル内で薄い損失性境界を表す面のモデル化に利用できます。対称性境界条件と周期境界条件では、モデル空間全体のサブセットのモデル化ができます。散乱境界条件と完全整合層 (PML) は、境界から自由空間をモデル化するときに使用します。ポートのモデル作成には、各種励起境界条件があり、長方形、円形、周期、同軸、近似集中、ユーザー定義および正確に数値計算されたポート励起を利用できます。集中容量性要素、誘導要素、抵抗要素として、ケーブルの終端処理を表す境界条件を組み込むことができます。線電流と点双極子も、クイックプロタイプ作成に利用できます。

解法タイプ

シミュレーションは、固有値問題、周波数領域問題、または完全過渡解析としてセットアップできます。固有問題では、構造の共振と Q ファクターのほか、導波管の伝播定数と損失を発見できます。周波数領域問題では、単一周波数、または周波数範囲の電磁場を計算できます。パデ近似法を使用した高速周波数スイープでは、周波数範囲で挙動を計算するときに大幅に解法時間を短縮できます。過渡シミュレーションは、二次全波ベクトル 定式化のほか、メモリ効率の良い、一次非連続ガラーキン定式化のいずれにも使用できます。過渡シミュレーションは、非線形材料、信号伝搬、回帰時間のモデル化のほか、非常にブロードバンドのモデル化に使用します。

マルチフィジックス連成

COMSOL Multiphysics で開発したすべてのモデルの方程式は、他の物理特性に対して電磁場で影響を与え、影響を与えられるように完全に連成できます。特に、マイクロ波加熱の専用ユーザーインタフェースでは、従来の電力堆積解析をはるかに超えて、SAR 計算や正確な温度上昇予測などの機能でシミュレーション機能を拡張しました。周波数領域のマックスウェルの方程式と、定常領域または時間領域の熱伝達方程式を解くことで、長時間の温度上昇を計算できるようになり、温度で変化する材料特性の影響を計算できるようになりました。

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マイクロ波と RF シミュレーションから拡張できる結果

計算結果は、電界と磁場、S パラメータ、電力潮流、電力損失の定義済みのプロットで表示されます。高速後処理ツールでは、ファーフィールド放射パターンの迅速な生成が可能です。さらに、結果は、ユーザーが自由に定義した物理的数量を表す式のプロットとして、あるいは、シミュレーションから得られた導出値の表形式で表示できます。S パラメータマトリックスは Touchstone 形式にエクスポートして、すべてのデータをテーブル、テキストファイル、生データ、画像としてエクスポートできます。

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ワークフローは、わかりやすく、以下のステップで記述できます。すなわち、COMSOL ネイティブツールで作成するか、CAD モデルをインポートしてジオメトリを作成し、材料を選択し、適切なユーザーインタフェースと解析タイプを選択し、ポートと境界条件を定義し、有限要素メッシュを自動的に作成し、オプションのメッシュ適合で解決し、視覚化し、結果を後処理します。すべてのステップは COMSOL Desktop® から実行します。ソルバ選択ステップでは、自動的にデフォルト設定を使用します。この設定は固有の RF インタフェースごとに調整されますが、ユーザーが構成することもできます。

RF とマイクロ波設計のさまざまな例

RF モジュールモデルライブラリでは、インタフェースとそれぞれ固有の機能を、チュートリアルとベンチマークを例に解説しています。ライブラリには、アンテナ、フェライト装置、マイクロ波加熱現象、パッシブ装置、散乱とレーダー断面 (RCS) 解析、伝送回線、導波管、RF とマイクロ波工学、教育用のチュートリアルモデル、RF インタフェースの検証と妥当性検査のためのベンチマークモデルがあります。

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