COMSOL® 製品概要

RFモジュールによるRF・マイクロ波・ミリ波の設計

電磁デバイス最適化のためのRFモデリングソフトウェア

RFデバイスやマイクロ波デバイスの設計には, 高信頼性・高ロバスト性の電磁シミュレーションが必要です. 従来の電磁モデリングではRF物理についてしか調べられなかったものの, 実環境において一つの物理要素だけで作動する製品はありません. 複数の物理現象の設計への影響を調べるには, 温度上昇や構成変形, 液流など様々な影響を考慮したモデルに拡張できるマルチフィジックスモデリングが必要となります.

COMSOL Multiphysics® シミュレーションプラットフォームのRFモジュール拡張機能によって, マイクロ波加熱やRF加熱等のマルチフィジックスを考慮したRF設計の解析が単一ソフト環境でできるようになります.

RFモジュールによる現在・将来に向けた設計

製品や部品, デバイスの進歩は留まることがありません. RFモジュールがあれば, 電磁波分散やマイクロ波加熱, RF加熱などの影響を調べた最適設計が可能になるので, 競合者に先駆けて製品を改良・進歩させ続けることができるようになります.

RF・マイクロ波・ミリ波の世界は目覚ましく変化を続けており, 技術の進歩に合わせた製品開発能力が何よりも重要になっています. 例えば、フィルターやカップラー, 出力分配器, インピーダンス整合回路等のアンテナ・RFフロントエンドは, 5G MIMOネットワークやモノのインターネット (IoT), SatComといった将来大きく開発が進むと予測されている技術との互換性を持っていることが大切となります.

ウェアラブルデバイスや自動運転自動車, マイクロ波・RFの最先端製品などを含む応用の開発に向け, 自社製品をシームレスに作動させるためのワイアレスコミュニケーションプラットフォームに対するRFの妨害性や互換性を見極めることも大切です.

COMSOL®ソフトウェアを使って, 将来どんな技術が現れてもいつでも対応できる組織にしませんか?

RFモジュールについてくるもの

COMSOL Multiphysics®をRFモジュールで拡張すると, COMSOL Multiphysics®ソフトウェアプラットフォームの基本機能に加え, 特化RF・マイクロ波モデリング機能も使うことができます.

RFモジュールで利用できるモデリングツール

  • アンテナ
  • 遠方界放射パターン
  • アンテナ利得と方向性
  • Sパラメーター
  • 入力インピーダンス
  • フェーズドアレイ
  • 回路
  • RFID
  • バイオメディカルデバイス
  • マイクロ波焼結と分光
  • バンドパスフィルタ系デバイス
  • メタ材料と統合プラズモニクス
  • ナノ構造
  • ミリ波放射・テラヘルツ放射
  • 共振器・フィルター
  • 結合器・電力分割器
  • フェリ磁気デバイス
  • 近傍コミュニケーション
  • ブロッホ-フロケ周期配列と構造
  • SAR (比吸収率) 計算
  • 電子レンジ
  • 散乱放射・交差放射
  • 伝導線
  • マイクロストリップ
  • コプレーナ導波路
  • 基盤集積導波路 (SIW)
  • 周波数可変デバイス
  • RF MEMS
  • EMI/EMC

マルチフィジックスカップリング

RFモジュールに含まれている機能

  • 電磁加熱
  • 温度依存材料特性
  • 電磁場依存材料特性
  • ひずみ依存・応力依存材料特性および変形ジオメトリ

追加モジュールで利用できる機能

  • マイクロ波アブレーション・ミリ波がん細胞診断などの生体加熱・バイオメディカルセラピー
  • 熱応力や機械的変形などの性能への影響
  • 磁場バイアスのあるフェライト
  • ピエゾ圧電作動波長可変フィルター
  • マイクロ波プラズマ
  • 誘電泳動
  • 放射熱損失
A COMSOL model for studying a transmission line Butler matrix beamforming network.

A Butler matrix beamforming network, designed using the Transmission Line interface and linked to the 3D model via the Electromagnetic Waves, Frequency Domain interface. The far-field radiation, electric field norm, and arithmetic phase progression on the network are shown.

A COMSOL model for studying microwave absorption in an anechoic chamber. A biconical antenna, often used in EMI/EMC testing, is at the center of an anechoic chamber. The far-field radiation pattern and S-parameter in the model show that the walls' reflection is significantly reduced without distorting antenna performance.
A 1D plot of the S-parameters in an FSS model created with COMSOL Multiphysics and the RF Module. The S-parameters for a frequency-selective surface have been plotted in 1D to show the bandpass resonance for the design.
A 1D Smith plot of the S-parameters in an FSS model created with COMSOL Multiphysics and the RF Module. A Smith plot has been created to evaluate the reflectivity and transmittivity performance of the FSS model with different incident angles.
An example of modeling electromagnetic heating using RF software from COMSOL. An x-band waveguide bend contains a dielectric block made of temperature-dependent material properties. The model shows how the assembly heats up over time due to electromagnetic losses and finds the steady-state temperature.
A COMSOL Multiphysics model of a low-pass microwave filter on a PCB. The S-parameters of a low-pass microwave filter on a printed circuit board (PCB) are computed in this model. The model also considers the effect of mechanical deformation based on the placement and length of the stubs along the microstrip line.

RFモジュールの特長・機能

下記のRFモジュール各機能をクリックすると, より詳しい説明が表示されます.

定義済みフィジックスインターフェースでRFデバイスやマイクロ波デバイス設計のセットアップが可能です. これらのインターフェースには, 多様な特化したモデリングに対応するための機能がついており, 物理を説明する複合マクスウェル方程式を計算する必要なくモデルのセットアップができます.

単純なRFデバイスの電磁状態を調べるにしても, 熱伝導や構成メカニズム等複数の物理現象を組み合わせるにしても, ビルトインフィジックスインターフェースの中から必要なものが見つかります.

Did You Know? An interface is a comprehensive package of modeling features that is tailored to a specific area of analysis.

RFモジュールの物理学に基づいたモデリングインターフェース

  • 電磁波-周波数領域
  • 電磁波-陽的時間
  • 電磁波-過渡
  • 導線
  • 電子回路
  • マイクロ波加熱
The COMSOL software GUI showing predefined physics interfaces available with the RF Module.

RF heating in a waveguide is modeled using the Microwave Heating predefined interface available when adding the RF Module to the COMSOL Multiphysics® simulation platform.

電磁問題のモデリングには, 境界条件とジオメトリ設定の幅広いオプションが必要です. RFモジュールには1D・2D,・3D領域のどれにでも対応できる定義済みジオメトリ機能がついてきます.

境界条件から選んで, インピーダンス境界や完全電磁コンダクターなどの金属条件, 分散境界や完全整合層などの放射 (吸収) 境界を説明してください. RFモジュールはモデルサイズ縮小のための周期境界条件定義もサポートしています.

Did You Know?

You can reduce computational time and memory by using a Periodic, Perfectly Matched Layer, or Symmetry boundary condition.

多様な境界条件があらゆる設計シナリオに対応し, ポートやケーブル, デバイス, 他部品や複合ジオメトリのモデル化を可能にします.

RFモジュールで利用できる境界条件

  • 表面
    • 完全電気導体表面
    • 有限電導性
    • 非可逆性薄境界
  • 対称性
  • 周期
  • フリースペース
    • 分散 (吸収) 境界
    • 完全整合層 (PML)
  • 要素
    • キャパシティブ
    • インダクティブ
    • レジスティブ
    • 複合インピーダンス
  • ポート
    • 長方形
    • 円形
    • 周期
    • コアキシャル
    • ユーザー定義
    • 数値的 (モード整合)
    • 集中
    • 2端子対回路
  • ケーブル終端
  • 線電流
  • 点双極子
 

シミュレーションを自由自在に制御したくありませんか? 方程式に基づいたモデリングなら, 支配方程式をソフトウェアで直接変更でき, 独自の解析に合わせたモデルのカスタマイズ化が可能です.

電磁モデリング問題については, RFモジュールは有限要素法, とりわけ支配的マクスウェル方程式の周波数領域の形に頼っています. 有限要素法のもとでカスタム化された方程式を変更することで, 安全で高い信頼性を持つ製品の実現に必要な結果を得ることができます.

Did You Know? The finite element method is preferred in many cases over the finite difference method — specifically within multiphysics applications as well as for devices made up of complex geometries.

方程式基盤モデリングを使い基礎コーディングを不要にすることで, モデル化の対象範囲が広がり, シミュレーションを設定する時間が削減されます.

RFモジュールにおける方程式基盤モデリングの柔軟性

Did You Know? Equation-based modeling is the ability to access and modify the equations that govern the modeling interfaces to which they are applied.

  • 1D
    • 伝送線路方程式(2Dまたは3Dアプリケーションへも反映可)
  • 2D
    • 面内・面外偏光, または完全三部ベクトル
    • 面外伝播
  • 2D線対称
    • 面内・面外 (方位) 偏光, または完全三部ベクトル
    • 既存の方位モード数
  • フィールド定式化
    • 全波 (完全フィールド)
    • 背景波 (分散フィールド)
  • 3D
    • ベクトルエッジ (渦) 要素を使ったマクスウェル方程式の全波型
    • 材料特性の関係
      • 誘電体媒質
      • 金属媒質
      • 分散性媒質
      • 非可逆性媒質
      • 異方性媒質
      • ジャイロトロピック媒質
      • 混合媒質
  • SPICE netlistによる回路 (無次元) モデリング
 

RFモジュールではメッシュを自由自在に制御することができます. この特長は, 電磁加熱等によってシミュレーション中の材料特性が変化する場合に役立ちます.

COMSOL Multiphysics®の物理に制御されたメッシング機能によって, 精確な求解のために電磁現象波長を簡単に解像することができます. その後, 必要な精密度に合わせてモデルを求解ために, メッシュ要素量を変更することができます.

さまざまなメッシングオプションを使い, 手動・自動にかかわらず, 誘電領域と完全整合層 (PML), RFモデルの周期構造等をメッシングできます. メッシュを制御することで精確なシミュレーション結果が得られます.

RFモジュールで利用できるメッシング機能

  • 四面体
  • プリズム
  • ピラミッド形
  • 六面体
  • 三角形
  • 長方形
A screenshot of the COMSOL GUI for an EM simulation that uses PMLs and the physics-controlled mesh feature. A car geometry is meshed using the physics-controlled meshing feature. The car is enclosed in perfectly matched layers separated by an air domain in order to compute the far-field radiation pattern of the rear-windshield FM antenna.

COMSOL Multiphysics®についてくる数値解法とソルバーによって, 短時間で高精密に電磁シミュレーションの基盤となる複素方程式の計算ができます. 巧妙に作られたRFモジュール内の初期設定ソルバーがあれば, 精確な解析とロバストな数値解法に支えられた設計が確実になります.

シミュレーションの目的がなんであれ, 適切な種類のスタディを選んで固有値や周波数領域, 完全過度分析などに必要な関連項目をすべて自由自在に操ることができます. RFモジュールでは個々のシミュレーションニーズに応じた演算方法が利用できます.

RFモジュールの数値法

  • FEM
    • 周波数領域
    • 陰的時間領域
    • CAD表面の曲率に適合する位数1・2・3のベクトル・エッジ要素
  • 不連続ガレルキン (dG), 陽的時間領域
  • 伝送電路方程式, 周波数領域
  • モデル次数削減 (MOR) 法
    • 漸近波形評価 (AWE) 法
    • 周波数領域モード法

RFモジュールの研究タイプ

  • 固有周波数
    • 共振周波数と構造のQ要素
    • 伝搬定数と導波路内損失
  • 周波数領域
    • 周波数範囲にわたる計算行動
  • 完全過渡
    • 非線形材料
    • 信号伝搬と再実行時間
    • 超広帯域行動
    • 時間領域反射 (TDR)
A screenshot showing a Wilkinson power divider model that uses the Frequency Domain study type in the RF Module. A Wilkinson power divider's electric field norm is modeled using the Frequency Domain study type. The study settings have been configured for a particular frequency range.
Sパラメーターメトリクスのための複雑な可視化, 遠方界放射パターン, スミスプロットなどを使って, 組織メンバーや顧客などにシミュレーション結果を分かりやすく見栄えよく共有しましょう. 人目を引く配色や単純な抽出値プロットなどで, シミュレーション結果を分かりやすい印象に残る形で見せることが可能です. シミュレーションから得た内容を自分一人の知識とするのではなく, この機能でチーム全体と共有することができれば, 確実に開発やプロジェクトが一歩先に進みます. また他のツールにおけるポスト処理のためにデータをエクスポートすることも可能です.

Did You Know? You can also create customized annotations within a plot of your results to ensure that important values are easy to see.

RFモジュールで利用できるポスト処理機能

  • Sパラメーターメトリクス
  • 遠方界放射パターン
  • アンテナ利得
  • 軸率
  • ユーザー定義数式プロット
  • 誘導変数とユーザー定義関数・変数
  • レーダー反射断面積
  • スミスプロット
 

周りの人々のために同じシミュレーションを何度も繰り返す必要がなくなったら, 新しいプロジェクトの開発にどれほど時間とエネルギーを費やすことができるようになるでしょう. COMSOL Multiphysics®のビルトインアプリケーションビルダーで, モデルのインプットを制限しアウトプットを制御することでワークフローを更に簡素化したシミュレーションアプリを作ることができ, チームメンバーが独自の解析をできるようになります.

アプリケーションによってアンテナ利得や周波数などの設計条件変更が簡単になり, シミュレーション全体を調整せずに何度でもテストをすることができます. テストが素早く実行できるだけでなく, チームメンバーにアプリを配布することで各自が自由自在に解析できるようになり, 仕事の効率が上がり他のプロジェクトに割く時間ができます.

シンプルなプロセス

  1. 複雑なRFモデルをシンプルなユーザーインターフェース (アプリ) に変換
  2. ユーザー用インプット・アウトプットを選択しニーズに応じてアプリケーションをカスタマイズ化
  3. COMSOL Server™COMSOL Compiler™製品を使ってチームメンバーへのアクセスを許可
  4. サポート不要でのチームによる独自の設計解析が可能

シミュレーションアプリを作成・利用することで, チームや組織, クラスルームや顧客などのシミュレーション能力がアップします.

A custom simulation app for analyzing plasmonic wire grating, built with COMSOL Multiphysics. An example of a simulation app made for analyzing a plasmonic wire grating on a dielectric substrate. The app computes the coefficients of refraction, specular reflection, and first-order diffraction as functions of the angle of incidence.
A custom simulation app for studying a microstrip array patch antenna, built with COMSOL Multiphysics. An example of an app made for simulating microstrip patch antenna arrays. The app visualizes the far-field radiation pattern of the antenna array and its directivity. App users can also evaluate phased antenna array prototypes for 5G mobile networks.

実環境のためのマイクロ波およびミリ波回路・アンテナ・メタ材料の開発

RF製品やデバイス, 部品が実環境で安全に作動するためにシミュレーション設計は実行可能である必要があります. COMSOL Multiphysics®ソフトと特殊アドオンRFモジュールを使って複数の物理要素がRF設計にどのような影響を与えるか解析することができます.

多くのRF製品やデバイス, 部品の設計は熱伝導やプラズマ, 構造機構等の様々な物理要素に左右されます. 最も精密な結果を出すには多様な影響を同時に調べる必要があります. COMSOL Multiphysics®の拡張RFモジュール機能によって複数の物理要素を一つのモデリング環境下で組み合わせて調べることができ, 作業がストリームライン化されます.

最終製品に影響する特定の物理要素について調べる必要がありますか? その場合はRFモジュールを, アドオンモジュールやLiveLink™製品などと併せて使ってください. これらは全てCOMSOL Multiphysics®ソフトウェアプラットフォームとシームレスに組み合わせられるようになっています. よって,どんなアプリケーションや物理分野を扱っていても, 一貫したモデリングワークフローが確保できます.

A multiphysics model of a dielectric probe coupling heat transfer and RF physics. A conical dielectric probe used for skin cancer diagnosis is modeled by coupling heat transfer and RF physics. 2D axisymmetry allows for a quick analysis of the circular waveguide at the dominant mode and the probe and its radiation characteristics.
A multiphysics model of a tunable cavity coupling RF physics and MEMS. A tunable evanescent mode cavity filter is modeled by coupling MEMS and RF physics. The model shows how the structural mechanics of a piezoelectric actuator control the resonant frequency inside the cavity filter.

どのビジネスもシミュレーションニーズもそれぞれ違います. COMSOL Multiphysics® ソフトウェアがお客様のご要望を満たすかどうかをきちんと評価するために, 我々にご連絡ください. 我々のセールス担当と話をすれば各個人に向いたお勧めや, しっかり文書化されたモデルなどをお送りすることができ, 最大限の評価結果を引き出すことができます. 最終的にどのライセンスオプションがあなたの要望にとって最適かを選択することができます.

"COMSOL へコンタクト" ボタンを押し, あなたの連絡先詳細と特別なコメントや質問があればそれを記入して, 送信していただくだけで済みます. 1営業日以内に我々のセールス担当者から返事が届きます.

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