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COMSOL RF Module 5.3
Módulo de COMSOL Multiphysics para el modelado de componentes y propagación de ondas de alta frecuencia (requiere COMSOL Multiphysics)
DESCRIPCIÓN
El módulo RF Module se ha creado a partir de la escisión y mejora de las formulaciones de análisis de modos y propagación de ondas del módulo de electromagnetismo precedente: Electromagnetics Module.
El RF Module para COMSOL Multiphysics proporciona capacidades de simulación únicas para el diseño de los sofisticados componentes de RF, microondas y fotónica actuales, y, en general, el software facilita como nunca el estudio de componentes y sistemas que tratan con propagación de ondas electromagnéticas. Con él, los usuarios pueden diseñar y prototipar dispositivos para la transmisión, guiado, recepción y filtrado/procesado de ondas electromagnéticas en aplicaciones donde el rango de frecuencias vayan desde la radio a la óptica.
CARACTERÍSTICAS
Con el módulo los usuarios pueden considerar toda clase de efectos multifísicos que incluyen la interconexión de fenómenos electromagnéticos con transferencia de calor, mecánica de estructuras, y otros. Por ejemplo, es posible ver qué efectos tiene el calentamiento sobre la respuesta frecuencial de un filtro de microonda. Los usuarios también puede ver, en guías de onda de microondas de alta potencia o en conmutadores, como se ajusta un diseño a los márgenes de seguridad antes de que ocurra una ruptura del aire o el gas. Los usuarios pueden experimentar con el software sobre una mejora en el diseño físico o la elección de los materiales para incrementar los márgenes de seguridad. Para hacer este tipo de análisis, el módulo proporciona un acoplamiento multifísico ya preparado para calentamiento por microondas. Gracias a éste los usuarios ya no tienen que determinar qué física deben de seleccionar para resolver este problema y entonces esforzarse en decidir qué contornos se acoplan entre sí; el software automatiza este proceso con unos pocos clics de ratón.
Una característica principal del módulo RF Module es la caracterización de parámetros S/coeficientes de reflexión-transmisión. Para una geometría dada y un conjunto de físicas, los usuario pueden determinar estos valores sobre un amplio rango de frecuencias. Este análisis de parámetros S es ideal para guías de ondas, antenas, filtros, acopladores direccionales, conmutadores, amplificadores de microondas, líneas de transmisión, y redes de ajuste de impedancias.
SECTORES
Las funcionalidades de RF Module están muy indicadas para un amplio rango de aplicaciones entre las que se incluyen el diseño y análisis de:
- Antenas
- Guías de onda de microondas
- Guías de onda coplanares (CPW) y microtiras o microstrips
- Filtros de cavidad
- Componentes de microondas de alta potencia
- Problemas de dispersión en láseres y óptica
- Dispositivos de almacenamiento magnetoóptico
- Espejos dieléctricos
- Rejillas de Bragg
- Guías de onda Terahertz
- Guías de onda y filtros ópticos
- Guías de onda de cristal fotónico
Para ayudar a los usuarios a aprender la aplicación del RF Module en estas y otras áreas de aplicación, el software proporciona una Librería de Modelos (Model Library) con más de 25 ejemplos del mundo real. Un ejemplo típico optimiza el diseño de un filtro de microondas teniendo en cuenta los cambios del material y la forma geométrica inducidos por tensiones térmicas; otro examina el funcionamiento de un horno de microondas con disipación de calor en la comida. Cada modelo tiene una descripción técnica detallada de la física involucrada además de instrucciones paso a paso sobre cómo creara el modelo. De esta manera los usuarios no sólo obtienen el conocimiento del personal de ingeniería de COMSOL para aprender cómo aplicar el software a una aplicación en particular sino que pueden abrir esos modelos para obtener unos valiosos conceptos iniciales para sus trabajo de modelado.
VERSIONES
5.3
NOVEDADES
El módulo RF de la versión 5.3 de COMSOL Multiphysics® trae una Librería de partes para dispositivos RF típicos, opciones ampliadas para la condición de contorno de Elemento de madera y cálculo de parámetros S para simulaciones transitorias.
Nueva librería de partes de RF
El módulo RF ahora ha introducido una Librería de partes que consiste en un número de partes estándar o geometrías que ayudan al modelado de componentes RF que pueden incluirse en diseños más grandes de dispositivos RF. Cada parte dispone de parámetros controlables por el usuario y selecciones predefinidas que pueden ser manipuladas para cambiar configuraciones geométricas, diseños de dispositivos RF, propiedades de materiales dependientes de la geometría y ajustes del resolvedor.
Las partes RF incluyen:
- 36 guías de ondas rectangulares (consistan de tipos rectos y codos de 90 grados así como tipo de codos H)
- 22 huellas de dispositivos con montaje superficial
- 3 conectores SMA (4 agujeros, 2 agujeros y montaje vertical)
Dos conectores SMA (4 agujeros y montaje vertical) que se conectan a través de una serpenteante línea microtira de 50-Ohm.
Funcionalidad de elemento concentrado mejorada con opciones ampliadas
La condición de contorno de Elemento concentrado ha sido mejorada con opciones extra para la sección del Dispositivo de elementos concentrados de su ventana de Ajustes. No solo se puede configurar los elementos concentrados-simples - Inductor (L), condensador (C), resistencia (R), o impedancia compleja (Z) - como condiciones de contorno del dispositivo, sino que también elementos compuestos que involucran parámetros de elementos concentrados como Serie LC, LC paralelo, Serie RLC o RLC paralelo.
Modelado avanzado de redes de dos puertos con archivo Touchstone
Un archivo Touchstone describe las respuestas frecuenciales de un circuito de red de n-puertos en términos de parámetros S. En COMSOL Multiphysics es posible incluir un archivo Touchstone, obtenido a partir de simulaciones numéricas o medidas con un analizador de redes, a través de la condición de contorno Red de dos puertos sin la necesidad de construir la complicada forma del circuito. Para ello, se selecciona el archivo Touchstone como el Tipo de definición de parámetros S en la ventana de Ajustes de la Red de dos puertos.
Densidad de corriente magnética superficial
Se ha añadido la nueva condición de contorno Densidad de corriente magnética superficial a la interfaz Ondas electromagnéticas, dominio de la frecuencia y especifica una densidad de corriente magnética superficial tanto en los contornos exterior como interior. La densidad de corriente magnética se describe por un vector 3D. Sin embargo, como fluye a lo largo de una superficie puede representarse alternativamente para un modelado más eficiente. Para conseguirlo, COMSOL Multiphysics® proyecta esta densidad de corriente sobre una superficie de contorno y desprecia su componente normal. La nueva condición de contorno se ha proporcionado para situaciones de modelado especiales, como el modelado de dipolos eléctricos.
Densidad de corriente magnética superficial (flechas azules) sobre una bobina cilíndrica a través del uso de la condición de contorno de Densidad de corriente magnética superficial en la interfaz Ondas electromagnéticas, dominio de la frecuencia. El patrón de campo eléctrico (cono) se parece al de una antena dipolo corto.
Cálculo de parámetros S desde simulaciones transitorias
Los parámetros S en el dominio de la frecuencia de un circuito pueden ser calculados a partir de simulaciones dependientes del tiempo utilizando un proceso que se resuelve en dos pasos. Es un buen método para el cálculo de respuestas frecuenciales de banda ancha con una resolución de frecuencia fina. Los modelos primero se construyen utilizando una interfaz de física transitoria. Entonces, se calculan los parámetros S utilizando una transformada rápida de Fourier (FFT) de tiempo a frecuencia sobre los resultados.
Para hacerlo, se incluye un paso de estudio Temporal utilizando un puerto concentrado en la interfaz de Ondas electromagnéticas, transitorio, y entonces se incluye un paso de estudio Tiempo para frecuencia FFT para realizar la transformada de los resultados del primer paso de estudio.
Modelo tutorial actualizado: un filtro paso bajo utilizando elementos concentrados
Los dispositivos pasivos se pueden designar utilizando características de elementos concentrados si ambos, la frecuencia de trabajo del dispositivo y las pérdidas de inserción de los elementos concentrados son bajas. Este ejemplo simula dos tipos de filtros de elementos concentrados que son similares a los puertos concentrados, excepto que son estrictamente pasivos y existen selecciones predefinidas para las inductancias y capacitancias.
Primero, se construye un filtro paso bajo de cinco elementos maximalmente plano para calcular las respuestas frecuenciales que muestran el corte a la frecuencia deseada. La geometría de cada elemento (dispositivo de montaje superficial, SMD) es simplificada como un contorno 2D y el rendimiento eléctrico se modela utilizando la condición de contorno de Elemento concentrado en la interfaz de Ondas electromagnéticas, dominio de la frecuencia. Entonces, un filtro paso banda transformado desde el diseño del filtro paso bajo se simula en el mismo rango de frecuencias. Ambos modelos de filtro presentan los parámetros S y la distribución del campo eléctrico.
Los inductores y capacidades del dispositivo de montaje superficial (SMD) 0402 son modelados utilizando la característica de elemento concentrado en contornos 2D.
Nuevo modelo tutorial: Cámara anecoica absorbiendo ondas electromagnética
Se utiliza una cámara anecoica para medir caracterización de antenas, interferencia electromagnética (EMI) y compatibilidad electromagnética (EMC). Dentro de la cámara existen absorbente que están configurados como un array de objetos piramidales que dirigen el campo incidente que se propaga a sus absorbentes vecinos. Mediante la absorción de las ondas electromagnéticas dentro de la cámara y el bloqueo de las señales entrantes desde fuera, la cámara crea un espacio infinito virtual que prácticamente no tiene reflexiones internas y no sufre de ruidos RF externos indeseados.
Este modelo simula una antena bicónica, popularmente utilizada en test EMI y EMC, que se coloca en el centro de una pequeña cámara anecoica. El diagrama de radiación de campo lejano calculado y el parámetro S (S11) demuestran que los absorbente de microondas reducen la reflexión de las paredes significativamente sin distorsionar el rendimiento de la antena.
Cámara anecoica de última generación, construida en una pequeña sala (3.9x3.9x3.3 m), que consta de absorbentes de microondas en finas paredes conductoras. El gráfico de niveles muestra la distribución del campo eléctrico en el plano ZX. Este decae notablemente en la vecindad de los absorbentes.
Nuevo modelo tutorial: Antena de bocina con doble cresta
Una antena de bocina con doble cresta se utiliza popularmente en cámaras anecoicas para caracterizar una antena de test (AUT), desde la banda S a la banda Ku, debido a su rendimiento fiable en un amplio rango de frecuencias. Este tutorial modela una antena de bocina con doble cresta y calcula la relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR), el diagrama de radiación de campo lejano y la directividad de la antena.
Se asigna un puerto concentrado en el contorno entre las superficies conductoras interna y externas al final del conector coaxial. La capa más externa del dominio del aire se configura para que esté perfectamente adaptado (PML), lo que simula la absorción de toda la radiación saliente de la antena como ocurriría en una cámara anecoica real. El mallado es controlado dinámicamente por la interfaz de Ondas electromagnéticas, dominio de la frecuencia basándose en cada frecuencia de simulación.
Antena de bocina con doble cresta excitada por un puerto coaxial. Este imagen muestra el diagrama de radiación de campo lejano 3D (Gráfico con colores Heat), la dirección del campo eléctrico (gráfico de Flechas) y su intensidad (gráfico con colores Rainbow) en la apertura y las crestas.
Nuevo modelo tutorial: Modelado rápido de un filtro paso bajo de línea de transmisión
Una manera de diseñar un filtro es utilizar los valores de los elementos de prototipos de filtros bien conocidos, como el maximalmente plano o filtros paso bajo con rizado constante. Es más fácil fabricar un filtro de elementos distribuidos en un sustrato de microondas que un filtro de elementos concentrados, ya que es engorroso encontrar capacidades e inductores comerciales que se ajusten exactamente a los valores de los elementos escalados en frecuencia del prototipo del filtro.
Este modelo tutorial demuestra el proceso de diseño de un filtro de elementos distribuidos utilizando la transformación de Richard, la identidad de Kuroda y la interfaz de Línea de Transmisión. Este enfoque es muy rápido en comparación con la resolución de las ecuaciones de Maxwell en 3D. El modelo simula un filtro paso bajo con rizado constante de 0.5 dB de tres elementos que tiene una frecuencia de corte en 4 GHz. El gráfico de parámetros S resultante muestra una respuesta frecuencial paso bajo que es también observada periódicamente en un rango de frecuencias más alto.
Nuevo modelo tutorial: Modelado rápido de un divisor de potencia Wilkinson de línea de transmisión
Algunos divisores de potencia de tres puertos convencionales son divisores de potencia resistivos y divisores de potencia de unión-T. Estos divisores o tienen pérdidas o no están adaptados a la impedancia de referencia del sistema en todos los puertos. Además, el aislamiento entre dos puertos acoplados no está garantizado. El divisor de potencia Wilkinson supera al divisor en unión T sin pérdidas y el divisor resistivo y no tiene los problemas mencionados previamente.
Este modelo de ejemplo simula un divisor de potencia Wilkinson utilizando la interfaz de Línea de transmisión en 2D. Este enfoque es muy rápido en comparación con la resolución de las ecuaciones de Maxwell en 3D. Los resultados presentan los parámetros S de 1 GHz a 5 GHz y la distribución de potencial eléctrico a lo largo de la línea de transmisión.
La tensión de entrada se distribuye (-3 dB) igualmente entre el puerto 2 y el puerto 3 cuando el puerto 1 es excitado.
Nuevo modelo tutorial: Prototipaje rápido de una red de formación de haz de matriz de Butler
Una matriz de Butler es una red pasiva de alimentación de formación de haz. Se trata de una red de alimentación económica para sistemas de antenas en fase porque el circuito se puede fabricar en forma de líneas microtira y es una solución viable para realizar escaneado de haces sin la necesidad de utilizar caros dispositivos activos.
Este ejemplo muestra cómo diseñar este tipo de circuito utilizando la interfaz de Línea de transmisión. Los resultados muestran la tensión logarítmica en el circuito de formación de haz de matriz de Butler a 30 GHz y la progresión de fase aritmética en cada puerto de salida.
| Puerto 5 | Puerto 6 | Puerto 7 | Puerto 8 | Progresión de fase | |
| Puerto 1 excitado | -90º | -135º | -180º | +135º | -45º |
| Puerto 2 excitado | -180º | -45º | +90º | -135º | +135º |
| Puerto 3 excitado | -135º | +90º | -45º | -180º | -135º |
| Puerto 4 excitado | +135º | -180º | -135º | -90º | +45º |
El diagrama de radiación de campo lejano 3D de un sistema de antenas en parches microtiras 4x1 conectado a una red de formación de haz de matriz de Butler. Las imágenes están ordenada por progresión de fase (negativa a positiva). El modelo de antena no está incluido en este ejemplo.
Nuevo modelo tutorial: Transformada rápida de Fourier tiempo a frecuencia de un filtro paso bajo coaxial
Para obtener la respuesta frecuencia paso bajo, un cable coaxial relleno de aire se sintoniza con cinco aros anulares (iris) que se añaden a la pared del conductor externo en este modelo de ejemplo. Este simula un filtro paso bajo coaxial de banda relativamente ancha, axisimétrico 2D. Para obtener una respuesta frecuencial de banda ancha con una resolución fina de frecuencia, el modelo primero se construye con una interfaz de física transitoria, entonces se calculan los parámetros S utilizando una FFT tiempo a frecuencia. Los parámetros S calculados muestran una respuesta frecuencial paso bajo con una frecuencia de corte alrededor de 24.5 GHz.
El gráfico de niveles de la distribución de la norma del campo eléctrico y el gráfico de flechas del flujo de potencia promediado en el tiempo a 10 GHz.
Nuevo modelo tutorial: Filtro caracterizado por parámetros S importados de un archivo Touchstone
Un archivo Touchstone describe las respuestas frecuenciales de un circuito de red de n puertos en términos de parámetros S. Puede utilizarse para simplificar circuitos arbitrariamente complejos. El archivo Touchstone puede obtenerse con simulaciones numéricas o medidas con analizadores de redes. El archivo obtenido para una red de dos puertos puede entonces incluirse en las simulaciones sin tener que construir la complicada forma del circuito.
En este ejemplo, se modela un filtro paso bajo entre dos conectores coaxiales utilizando una funcionalidad de red de dos puertos y parámetros S importados vía un archivo Touchstone. Los resultados incluyen la distribución del campo eléctrico dentro de los conectores coaxiales y los parámetros S.
La gemetría del circuito dentro del marco azul no está incluida en el modelo, sino caracterizada mediante un archivo Touchstone.
Nuevo modelo tutorial: Sintonización de interconexión de alta velocidad mediante reflectometría en el dominio del tiempo
En aplicaciones SI (integridad de la señal), la reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) es una técnica muy útil para utilizar la discontinuidad del camino de una señal observando la potencia de la señal reflejada. La señal reflejada distorsiona el pulso de entrada principalmente por desadaptación de impedancia si no existe una fuente de ruido externa, diafonía o acoplamientos indeseados.
En este ejemplo, se lanza una función escalera con un tiempo de subida rápido en una línea microtira conectada de capa a capa a través de un orificio metalizado. Las discontinuidades del camino de la señal son identificadas y el circuito se sintoniza para reducir la distorsión basándose en el cálculo de la impedancia TDR.
Una línea microtira en una placa de circuito multicapa donde un sustrato de microondas de 20-mil es utilizado para cada capa dieléctrica. El plano de tierra con una almohadilla antivia se posiciona entre las dos capas dieléctricas. Las líneas microtira superior e inferior se conectan con un agujero metalizado. La superficie superior y el plano de tierra se han eliminado para proporcionar una mejor vista del dispositivo.
Nuevas variables de postprocesado de campo lejano
Se han añadido variables de postprocesado adicionales a las interfaces físicas para calcular diagramas de radiación de campo lejano. La variable de ganancia anterior se ha clarificado con ganancia y ganancia realizada por el factor de desadaptación de impedancia de entrada. Estas variables de postprocesado pueden ser utilizadas en gráficos de campo lejano para visualizar las características de una antena.
- EIRP y EIRPdB: potencia radiada isotrópica efectiva y sus valores en escala dB
- gainEfar y gaindBEfar: ganancia excluyendo la desadaptación de entrada y su valor en escala dB
- rGainEfar y rGaindBEfar: ganancia ralizada incluyendo la desadaptación y su valor en escala dB
Nuevos ajustes por defecto para un uso mejorado
Se han actualizado muchos ajustes por defecto para reducir el número de pasos en el modelado y mejorar la usabilidad:
- Malla controlada por la física habilitada para la interfaz Onda electromagnética, dominio de la frecuencia
- Las mallas leen la frecuencia o longitud de onda de pasos de estudio automáticamente para la interfaz Onda electromagnética, dominio de la frecuencia
- Ajustes del resolvedor cambiados de Robustos a Rápidos para la interfaz Onda electromagnética, dominio de la frecuencia
- Resolución angular más fina (theta 45, phi 45) para el gráfico de campo lejano 3D
- La excitación automática ahora está activada para el primer puerto
- Ahora GHz son las nuevas unidades de frecuencia por defecto para los pasos de estudio Dominio frecuencial, Modo de dominio de la frecuencia y frecuencias propias.
- El método de búsqueda de frecuencias propias alrededor del desplazamiento ahora está puesto a Parte real más grande para análisis de dominio de la frecuencia modal
- El operador Linper se aplica internamente para puertos concentrados excitados y ya no necesita ser especificado por el usuario en los análisis modales en el domino de la frecuencia.
- Ahora GHz es la unidad por defecto para los gráficos de parámetros S, junto con descripciones de los parámetros S más simples
Modelos tutoriales actualizados que utilizan técnicas de modelado de orden reducido
El uso del paso de estudio Modo de dominio de la frecuencia se ha ampliado a puertos concentrados y puertos sin necesidad de una entrada manual del operador Linper en la tensión del puerto de excitación. Se han implementado dos potentes métodos de simulación, la evaluación de la forma de onda asintótica y el método modal en el dominio de la frecuencia, en ejemplos de la Librería de Aplicaciones para el diseño de dispositivos de alta Q del tipo filtro paso banda. Estos métodos resuelven simulaciones con velocidades que son varios órdenes de magnitud más rápidos con una resolución mucho más fina de frecuencia que los barridos de frecuencia convencional para estos dispositivos.
Mientras que la resolución de frecuencia de Modo de dominio de la frecuencia es cinco veces más fino que el del barrido frecuencial discreto, el tiempo de simulación es cuatro veces más rápido para analizar el mismo filtro. Esta imagen es el modelo tutorial del Filtro paso banda Iris de guía de onda.
5.2a
NOVEDADES
Para los usuarios del módulo RF Module, COMSOL Multiphysics® versión 5.2a incorpora nuevos métodos de simulación para el diseño más rápido de dispositivos del tipo filtro paso banda, nuevas capacidades para modelar sección cruzada radar, y más. A continuación se detallan algunas funcionalidades actualizadas
Métoo de modelado rápido para dispositivos del tipo filtro pasobanda
Dos potentes métodos de simulación se han implementado en los ejemplos existentes de la librería de aplicaciones para el diseño de dispositivos del tipo filtro paso banda de alto Q: la evaluación de la forma de onda asintótica y el método modal en el dominio de la frecuencia. Ambos realizan las simulaciones a velocidades que son varios órdenes de magnitud más rápidos que el barrido de frecuencia convencional para estos dispositivos.
Cuando se simulan dispositivos filtro pasobanda de alto Q utilizando el método de los elementos finitos (FEM) en el dominio de la frecuencia, a menudo te encuentras con situaciones que requieren detallados barridos de frecuencia para describir la banda de paso adecuadamente y con precisión. El tiempo de simulación es directamente proporcional al número de frecuencias incluido durante el barrido de simulación. Estos nuevos métodos reducen sustancialmente el tiempo computacional.
Comparación de un análisis de parámetros S utilizando los métodos de evaluación de forma de onda asintótica (AWE) y de barrido de frecuencia FEM regular. El método AWE es aproximadamente 50 veces más rápido en este ejemplo.
Variables de campo lejano de postprocesado para sección cruzada radar biestático (RCS)
Se han añadido variables de postprocesado a las interfaces físicas que calculan secciones cruzadas radar biestático (RCS). Estas variables de postprocesado pueden utilizarse en los gráficos de campo lejano para visualizar el tamaño de una dispersión tal y como la ve un radar. La variable RCS biestático, bRCS3D, describe la RCS medida a través de un emisor y receptor que están localizados separadamente, y también se puede graficar la RCS monostático. Para modelos 2D, se puede modelar la RCS biestático por unidad de longitud utilizando el operador bRCS2D.
Sección cruzada de radar monostático (RCS) por unidad de longitud visualizada utilizando un operador de extrusión general y la variable de RCS biestático por unidad de longitud (bRCS2D).
Sistemas de redes de dos puertos
La funcionalidad de red de dos puertos caracteriza la respuesta de un sistema de redes de dos puertos, como la reflexión y la transmisión, utilizando los parámetros S. Igual que la funcionalidad de Puerto concentrado, la funcionalidad de red de dos puertos únicamente puede ser aplicada en contornos que se extienden entre dos contornos metálicos donde aplica la condición de Conductor eléctrico perfecto, Contorno de impedancia, o de Contorno de transición, las cuales están separadas por una distancia mucho menor que la longitud de onda. Por defecto se añaden un par de subnodos de Puerto de red de dos puertos al nodo de Red de dos puertos y son utilizados para seleccionar los contornos correspondientes al Puerto 1 y Puerto 2 en la entrada de parámetros S, respectivamente.
Actualización de las Capas perfectamente acopladas (PML)
Se han añadido varias opciones a la funcionalidad de PML (Perfectly Matched Layer) que posibilitan personalizar las propiedades de la capa:
- La opción Habilitar/deshabilitar PML en el resolvedor es útil para modelar problemas de dispersión donde la fuente es un campo calculado.
- La opción de tipo de geometría definida por el usuario está disponible si la PML tienen una geometría no estándar, y también puede ser utilizada si la detección de geometría PML automática falla.
- Se pueden escoger funciones de estiramiento de coordenadas definido por el usuario para definir el escalado de la PML. Esto permite adaptar el escalado dentro de un PML, por ejemplo, para absorber ondas muy eficientemente en configuraciones físicas específicas.
App actualizada: Analizador de rejilla de hilos plasmónica
Los circuitos basados en plasmón de superficie se están utilizando en aplicaciones como chips plasmónicos, generación de luz, y nanolitografía. La aplicación de Analizador de rejilla de hilos plasmónica calcula los coeficientes de refracción, reflexión especular y difracción de primer orden como funciones del ángulo de incidencia para una rejilla de hilos plasmónica en un sustrato dieléctrico.
El modelo describe una célula unidad de la rejilla, donde las condiciones de contorno Floquet definen la periodicidad. La funcionalidad de postprocesado permite expandir el número de células unidad y extraer la visualización en la tercera dimensión.
En la app se ha construido la capacidad de barrer el ángulo de incidencia de una onda plana desde el ángulo normal al ángulo rasante en la estructura de la rejilla. La app también permite variar el radio de un hilo así como la periodicidad o tamaño de la celda unidad. Otros parámetros adicionales que pueden ser variados son la longitud de onda y la orientación de la polarización.
La aplicación presenta resultados para la norma del campo eléctrico para múltiples periodicidades de la rejilla para ángulos de incidencia seleccionados, el vector de onda incidente y vectores de onda para todos los modos reflejados y transmitidos y la reflectancia y transmitancia.
La app Plasmonic Wire Grating Analyzer calcula eficiencias de difracción para las ondas transmitida y reflejada y los primero y segundo órdenes de difracción para una rejilla de hilos en un sustrato dieléctrico. Se pueden cambiar la longitud de onda, polarización, propiedades del material, periodicidad de la onda, y radios.
Nuevo modelo tutorial: Antena logoperiódica para test EMI/EMC
La forma de una antena logo-periódica se parece a la de una antena Yagi-Uda, pero se compone de un array coplanar para obtener un ancho de banda más grande. También se conoce como una antena de banda ancha o independiente de la frecuencia.
Todas las partes metálicas se modelan utilizando las condiciones de contorno de conductor eléctrico perfecto (PEC). La antena se excita por un puerto concentrado donde un elemento concentrado con un resistor se utiliza para terminar la excitación.
Los resultados muestran las propiedades de adaptación de impedancia en una carta de Smith así como un gráfico polar en campo lejano, que muestra que la direccionalidad del diagrama de radiación varía ligeramente a medida que aumenta la frecuencia. Un diagrama de radiación de campo lejano 3D muestra la misma tendencia. También se presenta la relación de onda estacionaria (VSWR) de la antena.
Se modela una antena logo-periódica ajustando un array dipolo coplanar a través de dos cuerpos metálicos. Se visualizan el diagrama de radiación de campo lejano y la norma del campo eléctrico en un array de dipolos coplanar.
Nuevo modelo tutorial: Análisis de integridad de señal (SI) y reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) de líneas microtira adyacentes
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Un análisis de la integridad de la señal (SI) proporciona una visión general de la calidad de una señal eléctrica transmitida a través de circuitos eléctricos, como interconectores de alta velocidad, cables, y tarjetas de circuitos impresos. La calidad de la señal recibida puede distorsionarse por ruido externo al circuito, y puede degradarse por la desadaptación de impedancias, pérdidas de inserción y diafonía. Por esta razón, se corren análisis EMC/EMI para estimar la susceptibilidad de un dispositivo o una red a un acoplamiento indeseado. En este modelo tutorial, examinamos el efecto de diafonía entre dos líneas microtira adyacentes en un sustrato de microondas con una constante dieléctrica constante. Se aplican dos pulsos al dispositivo donde un barrido paramétrico cambia la frecuencia del pulso durante la simulación. La simulación presenta la respuesta de la reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) en los puertos acoplados, que muestran la distorsión creciente de las señales a frecuencias o velocidades de datos más altas. |
 Un modelo de diafonía en una línea microtira se compone de un sustrato de microondas, con un plano de tierra y dos líneas microtira adyacentes. El gráfico de niveles de la norma logarítmica del campo eléctrico muestra el acoplamiento del campo eléctrico entre las dos líneas "microstrip". |
5.2
Nueva app: Sintetizador de array de antenas de parche microstrip de ranuras acopladas
Los arrays de antenas de parche microstrip se utilizan en varias industrias como transceptores de señales de radar y RF. Es un candidato principal para el sistema de redes móviles 5G.
El sintetizador de array de antenas de parche microstrip de ranuras acopladas simula una antena parche microstrip de ranura acoplada, fabricada en un substrato multicapa LTCC (low temperature cofired ceramic). Cuando se utiliza esta app se puede simular el diagrama de radiación de campo lejano del array de antenas y su directividad. El diagrama de radiación de campo lejano se aproxima multiplicando el factor de array y el diagrama de radiación de la antena simple para realizar un análisis de campo lejano eficiente sin tener que simular un modelo complicado de array completo.
También se pueden evaluar prototipos de arays de antenas en fase para redes móviles 5G con la frecuencia de entrada por defecto de 30 GHz. Esto puede hacerse variando propiedades de antena como la dimensión geométrica y el material del substrato.
Una funcionalidad adicional de esta app es la opción de verla en una pantalla estrecha o ancha.
Interfaz de usuario de la app Slot-Coupled Microstrip Patch Antenna Array Sinthesizer, con un array virtual de 12x12, vista de la distribución del campo eléctrico y diagrama de radiación de campo lejano 3D.
Nueva app: Simulador de superficies selectivas en frecuencia
Las superficies selectivas en frecuencia (FSS) son estructuras periódicas que generan una respuesta en frecuencia paso banda o banda eliminada. Se utilizan para filtrar o bloquear RF; microondas o, de hecho, cualquier frecuencia de onda electromagnética. Por ejemplo, se pueden ver estas superficies selectivas en las puertas de los hornos microondas, que permiten ver la comida que se está calentando sin ser calentado en el proceso.
La app de simulador de superficies selectivas en frecuencia simula una estructura periódica especificada por el usuario escogida entre los tipos de celda unitaria incluidos. Proporciona cinco tipos de celda unidad popularmente utilizados en simulaciones FSS junto con dos polarizaciones predefinidas en una dirección fija de propagación que tiene una incidencia normal en la FSS. El análisis incluye los espectros de reflexión y transmisión, la norma del campo eléctrico en la superficie superior de la celda unidad, y la norma del campo eléctrico en dB mostrada en un plano de corte vertical en el dominio de la celda unidad.
Se puede cambiar la polarización, la frecuencia central, el ancho de banda, el número de frecuencias, el grosor del substrato y sus propiedades de materiales, y el tipo de celda unidad (círculo, anillo, anillo partido, etc.) así como los parámetros geométricos incluyendo la periodicidad (tamaño de la celda).
Interfaz de usuario de la app de simulador de superficie selectiva en frecuencia, con una vista de un array virtual 10x10 que utiliza un tipo de celda de anillo partido.
Cartas de Smith: La forma convencional de presentar las propiedades de adaptación
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Un nuevo grupo de gráfico de Carta de Smith permite dibujar las impedancia, admitancia y datos de reflexión en una carta de Smith. Las cartas de Smith son útiles para relacionar los parámetros S de valores complejos (coeficientes de reflexión) con la impedancia de entrada, admitancia de antenas, líneas de transmisión, u otros componentes de redes. Para realizar estudios donde un gráfico de parámetros S es generado por defecto, la carta de Smith se genera automáticamente. |
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Malla controlada por la física mejorada para manejar medios con pérdidas
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La malla controlada por la física toma los medios eléctricos y magnéticos con pérdidas y automáticamente escala el tamaño para el efecto pelicular en los contornos del dominio con pérdida. Cuando se selecciona resolver la onda en medios con pérdidas, los contornos de salida de los dominios de medios con pérdidas se mallan en el espacio libre con un tamaño de elemento de malla máximo, dado por el valor mínimo de la mitad de la profundidad del efecto pelicular y 1/5 de la longitud de onda en el vacío. |
 Malla más fina a lo largo del contorno de salida de un medio con pérdidas circular en el aire que es caracterizado por el efecto pelicular con estas propiedades del material: tangente de pérdidas y factor de disipación (ε' = 1.2 y tanδ = 3.5) a 1 GHz. |
Puerto concetrado uniforme multielemento
Se ha incluido un nuevo tipo de puerto concentrado en COMSOL Multiphysics 5.2, el puerto uniforme multielemento. Este tipo de puerto se puede utilizar para multiexcitación o multiterminación de, por ejemplo, un puerto de guía coplanar o un puerto diferencial. La dirección del campo en cada subelemento del puerto se define por el subnodo Uniform element, donde la dirección entre los terminales del elemento uniforme, ah, define la polaridad del potencial eléctrico.
Nuevo modelo: Filtro pasobanda en guía de ondas coplanar (CPW)
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Los filtros paso banda en guía de onda coplanar (CPW) pueden diseñarse utilizando capacitores interdigitales (IDC) e inductores "stub" de cortocircuito (SSI). Se trata de un método muy eficiente para producir filtros pasobanda, que pueden ser implementados fácilmente sobre una oblea de GaAs. El modelo tutorial del filtro pasobanda en guía de onda coplanar presenta un diseño que es compacto en relación a su frecuencia de resonancia y proporciona un factor Q relativamente alto en comparación con los diseños de modelos de línea microstrip capacitivamente acoplada. Utiliza la funcionalidad de puerto concentrado uniforme multielemento del programa COMSOL Multiphysics para excitar y/o terminar cada elemento de los respectivos puertos igualmente. |
 Un filtro pasobanda de guía de onda coplanar en una oblea de GaAs de 200 mm compuesta de un capacitor interdigital e inductores stub de cortocircuito. |
Secuencias de estudio "Boundary Mode, Frequency-Stationary" y "Boundary Mode, Frequency-Transient"
Existen nuevas secuencias de estudios en Model Wizard para las interfaces multifísicas del calentamiento láser y el calentamiento por microondas en los módulos Wave Optics y RF, respectivamente. La secuencia de estudio Boundary Mode, Frequency-Stationary añade un paso de estudio Boundary Mode Analysis y un paso de estudio Frequency-Stationary. La secuencia de estudio Boundary Mode,Frequency-Transient añade un paso de estudio Boundary Mode Analysis y un paso de estudio Frequency-Transient. El paso de estudio de análisis de modo de contorno se utiliza para resolver el campo de modo para puertos numéricos en las interfaces electromagnéticas. Los pasos de estudio Frecuencia-Estacionario y Frecuencia-Transitorio acoplan análisis estacionarios y transitorios para la interfaz de transferencia de calor en sólidos, con un análisis en el dominio de la frecuencia para las interfaces de Wave Optics y RF.
Ajustes de valor inicial para condición de contorno de dispersión transitoria
En los ajustes para la condición de contorno de Dispersión para las simulaciones dependientes del tiempo, existe una nueva sección llamada Initial Values for Incident Wave para ajustar los valores iniciales del potencial vector magnético para la onda incidente. Nótese que la sección inicialmente está colapsada por defecto. Cuando la onda incidente es definida por un campo eléctrico, el usuario puede especificar el valor inicial para el potencial vector magnético para la onda incidente. Cuando la onda incidente se define por un campo magnético, el usuario puede especificar el valor inicial para la derivada temporal del potencial magnético, además del valor inicial para el potencial vector magnético. Los nuevos ajustes permiten al usuario definir la forma de onda exacta para el potencial vector magnético que se va a resolver.
5.1
NOVEDADES
Nueva app: Simulador de antena de bocina circular corrugada
| El modo TE excitado de una guía de onda circular pasa a lo largo de la superficie interna de una antena de bocina circular donde también es generado un modo TM. Cuando se combinan, estos dos modos dan menor polarización cruzada en la apertura de la antena. Utilizando esta app, las características de radiación de la antena así como la relación de polarización cruzada de la apertura pueden ser mejoradas modificando la geometría de la antena. |  Una app que muestra la radiación en campo lejano de una antena de bocina circular corrugada. Los parámetros de geometría y las frecuencias de operación pueden cambiarse para optimizar el rendimiento de la antena. |
Postprocesado de variable de vector de onda para puerto periódico y puerto de orden de difracción
| Se añaden variables de postprocesado para los vectores de onda para la onda incidente y varios órdenes de difracción (incluyendo la onda reflejada). Estas variables pueden utilizarse en gráficos de flechas para visualizar los diferentes órdenes de difracción de rejillas y otras estructuras periódicas. |  Gráfico de flechas mostrando los diferentes órdenes de difracción de una rejilla plasmónica. |
Condición de contorno de dispersión en simetría axial 2D ahora maneja ondas planas incidente y dispersada
| La condición de contorno de Dispersión (Scattering) para modelos con simetría axial 2D ahora incluye una opción de onda plana para el tipo de onda dispersada. Esto significa que ahora se puede configurar la condición de contorno de dispersión para absorber una onda propagándose a lo largo de una guía de ondas coaxial, como se muestra en el siguiente ejemplo. Además, también es posible entrar el campo de una onda incidente que se propaga a lo largo del eje de simetría. Esto es de utilidad para excitar y absorber ondas que se propagan a lo largo de guías de onda coaxiales si no se desea utilizar la excitación Puerto Balanceado. También es útil para haces gausianos que se propagan en el espacio libre. |  El gráfico superior muestra la configuración para la condición de contorno de Dispersión, cuando se excita una onda incidente a lo largo de una guía de onda coaxial. |
Nueva relación constitutiva para la interfaz de dominio de la frecuencia: tangente de pérdidas, ángulo de pérdidas; y tangente de pérdidas, factor de disipación
| El viejo modelo de tangente de pérdidas se ha renombrado como Loss tangent, loss angle. Un nuevo modelo de campo de desplazamiento eléctrico llamado Loss tangent, dissipation factor se ha añadido para el cual es posible entrar un valor directamente para el factor de disipación del material. |  Los nuevos modelos de tangente de pérdidas, ángulo de pérdidas y tangente de pérdidas, factor de disipación. |
Variable de postprocesado de razón de ondas estacionarias de tensión (VSWR)
Muchas antenas comerciales, listas para ser usadas (COTS) de dispositivos de un puerto se caracterizan por la razón de ondas estacionarias de tensión (VSWR). Ahora se dispone de VSWR para puertos excitados. El ejemplo de aplicación Modeling a Biconical Antenna for EMI/EMC Testing muestra un gráfico VSWR 1D.
Rugosidad de superficie en superficies conductivas con pérdidas
| Ahora se dispone de rugosidad de superficie como una subfuncionalidad para las condiciones de contorno de Transición e Impedancia. Estas condiciones de contorno escalan la corriente de superficie utilizando los modelos de rugosidad de superficie de diente de sierra (Sawtooth) o bola de nieve (Snowball). |  Condición de contorno de impedancia, modo diente de sierra. |
Densidad de corriente de superficie en condición de contorno de transición
| Esta subfuncionalidad para la condición de contorno de Transición es una fuente de corriente de superficie unilateral que es de utilidad para aplicaciones EMI/EMC. Esto modela una corriente impuesta fluyendo a lo largo de un lado de una hoja conductiva delgada. |  Subfuncionalidad de densidad de corriente de superficie en la condición de contorno de transición. |
Nuevo tutorial: simulación de diafonía de una antena en un fuselaje de avión
| La diafonía de antena, o interferencias por co-localización, es problemática cuando se utilizan múltiples antenas en una única plataforma. En este modelo, la interferencia entre dos antenas idénticas a muy alta frecuencia (VHF) es estudiadas con un análisis de parámetros S de diferentes configuraciones de una antena receptora instalada en el fuselaje de un avión. Se calculan los diagramas de radiación de campo lejano 2D y 3D de una antena transmisora y también se visualizan las áreas iluminadas y en sombra en la superficie del avión. |  La amplitud del campo eléctrico en la superficie del avión. La antena en la parte superior del aeroplano es la antena transmisora, mientras que la antena receptora está en la parte inferior. |
Nuevo tutorial: Diseño de un diplexor en guía de onda para una red móvil 5G
| Un diplexor es un dispositivo que combina o divide señales en dos bandas de frecuencia diferentes y es ampliamente utilizado en sistemas de comunicaciones móviles. Este modelo tutorial simula propiedades de separación utilizando una geometría 2D simplificada. Los parámetros S calculados y los campos eléctricos en las bandas inferior y superior muestran las características del diplexor en la banda Ka. |  El módulo del campo eléctrico para una frecuencia de 28 GHz, donde la potencia de entrada fluye únicamente en el puerto 2 y para una frecuencia de 30.4 GHz, donde la potencia de entrada fluye únicamente en el Puerto 3. |
Nuevo tutorial: Modelado de una antena bicónica para test EMI/EMC
| Las antenas bicónicas son populares para medidas de muy alta frecuencia (VHF) porque soportan un amplio rango de frecuencias. También son útiles para testeo de compatibilidad electromagnética (EMC) donde la antena puede utilizarse como una fuente RF en pruebas de susceptibilidad o inmunidad. Este modelo simula una antena bicónica hecha de marcos exagonales ligeros que son preferidos a los conos sólidos por su fabricación. La simulación incluye el cálculo del diagrama de radiación de campo lejano y la relación de onda estacionaria de tensión (ver sección anterior). |  El módulo de la intensidad del campo eléctrico y el diagrama de radiación de campo lejano en una antena bicónica. |
Nuevo tutorial: Modelado numérico rápido de una antena de lente con una bocina cónica
| Una estructura 3D con simetría axial como una antena de bocina cónica puede ser simulada de una manera rápida y eficiente utilizando únicamente un modelo con simetría axial 2D. En este ejemplo, se calculan muy rápidamente la radiación de la antena y las características de acoplamiento, respecto al modo TE dominante para la guía de onda circular dada simulando la geometría axial 2D de una estructura de antena 3D. |  El diagrama de radiación de campo lejano y el módulo del campo eléctrico se enfoca gradualmente hacia el centro de la lente. |
Nuevo tutorial: Modelado numérico de una etiqueta RFID UHF para identificación animal
| Las etiquetas RFID UHF son ampliamente utilizadas para identificación y seguimiento de ganadería. Este ejemplo simula una etiqueta de identificación de radiofrecuencia pasiva (RFID) para el rango de frecuencias ultra alto (UHF). Se calcula un coeficiente de reflexión respecto a la impedancia compleja del chip transpondedor. Se realiza utilizando una aproximación que difiere del método del análisis de parámetro de dispersión convencional por un valor de impedancia de referencia real. |  La norma del campo eléctrico de una antena de etiqueta RFID y su diagrama de radiación de campo lejano correspondiente. |
Nuevo tutorial: Rejilla exagonal
| Una onda plana es incidente en una rejilla hexagonal reflectora. La celda de la rejilla consiste en una semiesfera protuberante. Los coeficientes de dispersión para los diferentes órdenes de difracción se calculan para varias longitudes de onda diferentes. |  El módulo del campo eléctrico (gráfico de color) y el vector de Poynting promediado en el tiempo (gráfico de flechas) de parte de la rejilla hexagonal. |
Nuevo tutorial: Modelado de una antena de dispositivo móvil
| Los componentes eléctricos en sistemas de comunicación inalámbricos se diseñan para que sean pequeños y ligeros a la vez que mantienen unos rendimientos y eficiencias decentes. Las antenas son componentes esenciales en los dispositivos móviles y se requiere que se ajusten al espacio limitado permitido por las especificaciones industriales. Para cumplir con estos requisitos, es típica una antena en F invertida plana (PIFA) y es una elección popular para antenas miniaturizadas en teléfonos móviles. El diseño PIFA puede sintonizarse y ampliarse para cubrir bandas de múltiples frecuencias para teléfonos móviles, Wi-Fi, y Bluetooth®. La antena de este ejemplo introductorio se sintoniza únicamente para el rango de frecuencia de bajada de la banda de servicios inalámbricos avanzados (AWS). Las propiedades de adaptación de impedancia de la antena se calculan en términos de los parámetros S. Se simula el diagrama de radiación de campo lejano. |  Diagrama de radiación de campo lejano 3D emanando de una antena dentro de un teléfono móvil. |
Nuevo tutorial: Simulación de la transferencia de potencia inalámbrica en antenas de bucle circular
| Este modelo trata el concepto de la transferencia de potencia inalámbrica estudiando el acoplamiento de energía entre dos antenas bucle circulares sintonizadas para frecuencia UHF RFID. El tamaño se reduce utilizando inductores chip. Mientras que la orientación de una antena transmisora es fija, una antena receptora es rotada y se investiga la configuración de mejor acoplamiento en términos de los parámetros S. |  Búsqueda de la configuración óptima para la transferencia de potencia entre dos antenas de bucle circular. Se muestra el módulo del campo eléctrico. |
Nuevo tutorial: Modelado de una sonda dieléctrica cónica para diagnosis de cáncer de piel
| Se sabe que la respuesta de una onda milimétrica con frecuencias de 35 GHz y 95 GHz es muy sensible al contenido de agua. Este modelo utiliza una onda de baja potencia de 35 GHz en la banda milimétrica ka y su reflectividad a la humedad para una diagnosis no invasiva del cáncer. Como que los tumores de piel contienen mayor humedad que la piel sana, esto lleva a mayores reflexiones en esta banda de frecuencias. Por lo tanto, la sonda detecta anormalidades en términos de los parámetros S en las localizaciones del tumor. Una guía de ondas circular en el modo dominante y una sonda dieléctrica cónica son analizados rápidamente, junto con las características de radiación de la sonda, utilizando un modelo axial 2D. También se estudia la variación de la temperatura de la piel y un análisis de la fracción del tejido necrótico. |  La sonda dieléctrica cónica radia la carne humana con el propósito de encontrar cáncer a través de las propiedades de reflexión. Se excita mediante ondas electromagnéticas milimétricas procedentes de una guía de ondas. Se muestra el módulo del campo eléctrico en la guía de ondas y en la sonda dieléctrica, y la variación de temperatura en la carne humana. |
Modelado en el dominio del tiempo de medios Drude-Lorentz dispersivos
| Las matrices de agujeros plasmónicos han estado atrayendo gran interés durante la última década desde el descubrimiento de la extraordinaria transmisión a través de matrices de agujeros sub-longitud de onda. La teoría de Bethe clásica predice que la transmitancia a través de un agujero circular sub-longitud de onda en una pantalla PEC se escala como (d/lambda)^4. Además, la transmisión a través de agujeros en películas metálicas realistas puede exceder el 50% e incluso aproximarse al 100%. Este fenómeno se atribuye a los polaritones plasmónicos de superficie, que pueden tunelar la energía EM a través del agujero incluso si está muy por debajo de la longitud de onda. Este modelo es un tutorial que muestra cómo modelar la ecuación de onda completa dependiente del tiempo en medios dispersivos como plasmas y semiconductores (y cualquier medio lineal descriptible por una suma de términos resonantes de Drude-Lorentz). |  Un pulso de ondas electromagnéticas se propaga a través de un agujero sub-longitud de onda en una placa dieléctrica dispersiva. |
Nuevo tutorial: Deriva térmica en una cavidad filtro de microondas
| Los filtros de microondas son utilizados para eliminar componentes de frecuencia no deseados en la salida de transmisores de microondas. Se insertan típicamente entre una amplificador de potencia y una antena. Los amplificadores son no lineales y producen armónicos que deben de ser eliminados con filtros que tengan una banda de paso bastante estrecha. Debido a las cargas de alta potencia pero también posiblemente debido a condiciones ambientales duras, es necesario estimar la deriva de la frecuencia de la banda de paso debido a expansión térmica. Es fácil demostrar que utilizando acero para el cilindro, un ajuste basado en la temperatura de la distancia entre el final del cilindro y la caja de latón (donde se sitúa el tornillo de ajuste) puede compensar automáticamente la mayoría de la deriva térmica. |  Los filtros de microondas se utilizan para eliminar componentes frecuenciales indeseadas en la salida de los transmisores de microondas. Debido a cargas de alta potencia y quizás también a condiciones ambientales adversas, la deriva de la frecuencia de la banda de paso debido a la expansión térmica necesita ser estimada. |
Nuevo tutorial: Resonador de cavidad con simetría axial
| Este modelo de referencia ejemplifica la formulación axial 2D de la interfaz Electromagnetic Waves, Frequency Domain que está disponible con el módulo RF Module. Las llamadas del tutorial para encontrar las frecuencias de resonancia y campos dentro de una cavidad con sección cruzada rectangular y paredes perfectamente conductoras. Las expresiones analíticas para los valores propios se pueden obtener utilizando separación de variables. Los valores propios obtenidos con la simulación de COMSOL concuerdan perfectamente con los valores analíticos. El modelo también contiene instrucciones para graficar las componentes cartesianas del campo eléctrico en 3D con la dependencia correcta de la coordenada angular. Los gráficos están animados para ilustrar que los modos están viajando ondas con polarización circular derecha e izquierda. |  Geometría de la cavidad con el campo de un modo graficado en la sección cruzada. |
Estructuras periódicas exagonales
| Las estructuras periódicas hexagonales ahora se analizan correctamente utilizando puertos periódicos. Únicamente se necesita especificar la dirección de la onda incidente a los lados de la celda hexagonal y todas las condiciones de contorno periódicas se aplicarán apropiadamente. Los puertos periódicos también se han mejorado para manejar contornos de puerto particionado. |  Simulación de una rejilla utilizando la nuevas estructuras periódicas Hexagonales. |
Polarización impulsada por amortiguación como nueva relación constitutiva de la interfaz transitoria
|
Para la interfaz Electromagnetic Waves, Transient, ahora se puede utilizar el modelo de dispersión Drude-Lorentz desde los modelos de campo de desplazamiento eléctrico. La funcionalidad de polarización Drude-Lorentz ahora se puede añadir como subfuncionalidad a la funcionalidad de ecuación de onda. La funcionalidad de polarización Drude-Lorentz añade la siguiente ecuación a los dominios deseados: |
 Pantallado de la selección del modelo de dispersión Drude-Lorentz en los ajustes para el nodo Wave Equation, Electric. |
Parámetros S puestos a cero para modos evanescentes
Para modos de puerto que no se están propagando (evanescentes), ahora los parámetros S se ponen a cero automáticamente. Así no es necesario añadir expresiones lógicas que anulen los parámetros S para frecuencias/ángulos donde la onda correspondiente sea evanescente. Esto simplifica el uso de los parámetros S en postprocesado.
5.0
Adaptación de la malla a las propiedades del material
Antes de resolver, ahora existe la opción de escalar automáticamente la malla respecto a las propiedades del material para resolver la longitud de onda local
Copiar la malla para condiciones periódicas
La sugerencia de malla automática controlada por la física automatiza el mallado para condiciones periódicas.
Mallado automatizado para capas perfectamente adaptadas
La nueva sugerencia de automallado aplica automáticamente un mallado de barrido (3D) o mapeado (2D) a los dominios con capas perfectamente adaptadas (PML).
Puertos TEM numéricos
El módulo RF ahora incluye una funcionalidad de puerto TEM Numérico para líneas de transmisión
Mallado automático para PML: Este modelo simula una antena FM impresa en el parabrisas trasero de un vehículo. La simulación calcula el diagrama de radiación de campo lejano de la antena y los campos eléctricos en un bus de cables interior. La funcionalidad de mallado automático permite la definición, con un solo clic, de la capa PML. La misma puede utilizarse también para condiciones de contornos periódicos.
4.4
Condición de contorno de transición para alta conductividad
La formulación de la condición de contorno de transición se ha mejorado para manejar el caso de un contorno interior que tenga una conductividad del material muy alta. Esto puede ser utilizao para modelar una capa de metal que es mucho más fina que cualquiera de las otras dimensiones del modelo.
Condiciones de contorno de puerto interior
Cuando se modelan fuentes de ondas electromagnéticas en el módulo RF, las condiciones de contorno de puerto normalmente se configuran en los contornos exteriores de un modelo para representar una fuente que está localizada fuera del espacio del modelo. Sin embargo, a veces es más conveniente localizar la fuente dentro del dominio del modelo. El nuevo puerto hendidura o Slit Port introduce la capacidad de posicionar una fuente en un contorno interior. Esta fuente puede ser respaldada por un Dominio o por un PEC (conductor eléctrico perfecto). El puerto de hendidura respaldado por un PEC introducirá dos condiciones de contorno en un contorno interior. En un lado del contorno, se aplicará la condición PEC, en el otro lado cualquiera de las condiciones de contorno de puerto regulares podrá ser utilizada para excitar un campo que se propaga lejos del contorno. La dirección en la que el campo se propaga lejos del contorno se especifica por la orientación del puerto (Port Orientation. Por otro lado, el puerto de hendidura respaldado por el dominio, es un contorno transparente. Puede excitar una onda que se propaga lejos del contorno, y cualquier onda incidente sobre el puerto respaldado por el dominio pasará a través sin impedimento.
Las paredes de esta antena de bocina 2D están modelados con la nueva condición de contorno de transición. La antena es excitada con una excitación de puerto de hendidura respaldado por PEC.
El puerto de hendidura respaldado por dominio también es útil para modelar problemas periódicos. Cuando se modelan estructuras que tienen muchos órdenes de difracción de mayor orden, como en las rejillas, uno ha de tener en cuenta cada uno de los órdenes difractados con una condición de contorno de puerto separada. Para estructuras 3D, puede incluso haber difracción en múltiples planos. Sin embargo, a veces no estamos interesados en considerar cada orden difractado separadamente, y solamente queremos saber la transmitancia y reflectancia general de una estructura periódica. En este caso, un puerto de hendidura respaldado por dominio puede ser utilizado. El puerto de hendidura puede insertar una onda plana incidente, viniendo en cualquier ángulo, y cualquier onda reflejada hacia el puerto pasará a su través, y dentro de un PML localizado detrás de él. El PML absorberá todos los modos de orden superior simultáneamente.
Variables de postprocesado de antena adicionales
En el módulo RF ahora es posible extraer la ganancia de antena (en lineal y en escala dB), así como las variables de campo lejano en términos de los ángulos theta y phi, elevación y acimutales.
Antena GPS polarizada circularmente sintonizada con los resultados de ratio axial. Este modelo estará disponible en la versión 4.4 a través de la actualización de la librería de modelos.
Potencia de puerto depositado
En muchas aplicaciones de calentamiento por microondas es deseable controlar la cantidad de potencia que se deposita en el modelo. Especificando la potencia depositada, se añade al modelo una condición de realimentación y la potencia aplicada se ajusta para que la potencia deseada sea depositada dentro del modelo. Esto es de aplicación en calentamiento de RF para biomedicina, modelado de plasma y otras áreas.
Análisis modal de contorno de puerto numérico con condiciones de contorno de impedancia
La condición de contorno de puerto numérico es utilizada para calcular los campos en un contorno de una guía de ondas donde las distribuciones de campo no se pueden calcular analíticamente (como en puertos rectangulares, coaxiales o circulares). Estos cálculos de puertos numéricos ahora pueden considerar la condición de contorno de impedancia. La condición de contorno de impedancia considera el efecto de paredes con pérdidas, en lugar de asumir que las paredes son conductores eléctricos perfectos. La condición de contorno periódica también puede ser considerada.
Las formas de los modos de la guía de ondas calculados numéricamente en cualquier extremo consideran la conductividad finita de las paredes de la guía.
Campo de fondo de haz gaussiano
La formulación de campo dispersado se utiliza par calcular la dispersión de campos electromagnéticos fuera de un objeto. Típicamente una onda plana uniforme se especifica como el campo de fondo, pero el nuevo campo de fondo de haz gausiano permite especificar una haz gausiano, propagándose a lo largo de una de las direcciones de los ejes, de un cuello del haz y foco específicos. También se puede especificar la polarización del haz.
El haz gausiano de fondo de la formulación de campo dispersado.
Nuevas potentes interfaces de usuario para calentamiento de microondas
Una nueva funcionalidad introducida en COMSOL ha permitido que la configuración de simulaciones que involucren calentamiento de microondas y RF sea más fácil de gestionar. Se ha introducido un nodo de multifísica dedicado en el constructor del modelo cuando se escoge la interfaz multifísica de calentamiento por microondas en el Model Wizard, junto con la interfaz apropiada de ondas electromagnéticas, y la de transferencia de calor en sólidos.
Esto permite modelar las físicas constitutivas separadamente, para así poder comprender las reacciones del modelo a las físicas contributivas, antes de considerar sus efectos conjuntos en un problema acoplado. Esto también es adecuado para la gestión de la secuencia de estudios cuando se resuelve primero las ondas electromagnéticas en el dominio de la frecuencia, y después la transferencia de calor en los dominios del tiempo o estacionario. El nodo de multifísica permite mantener un seguimiento de las fuentes de calor de microondas en los dominios y contornos, así como las no linealidades de temperatura en todas las propiedades del material.
4.3b
Estructuras periódicas para ondas electromagnéticas
Ahora se dispone de puertos periódicos en 3D para transmisión y reflexión de ondas incidentes sobre una estructuras periódica. El puerto periódico automáticamente calcula todos los órdenes de difracción posibles para una estructura periódica con fenómenos de difracción de mayor orden. Para una completa generalidad, se puede especificar una subfuncionalidad de punto de referencia para caracterizar una estructura periódica general como una rejilla rectangular o hexagonal. Las ondas incidentes se especifican en los ángulos de elevación y acimutal.
 |
Onda TM oblicua que incide sobre una rejilla de oro. Las celdas unitarias de la estructura periódica se muestran como alambres.. |
Elementos balanceados
Ahora se dispone de puertos balanceados pasivos por medio de la condición de contorno de elemento balanceado (Lumped Element) que facilita el cálculo de las matrices de parámetros S sin generar entradas de parámetros S innecesarias. Se dispone de tres tipos de elementos balanceados: Uniforme, Coaxial y Definido por el usuario. Para los cálculos en el dominio de la frecuencia, se dispone de entradas Z, L y C; para el caso transitorio está disponible la Z.
Puerto circular analíticos en 3D
La funcionalidad de puerto circular analítico para modelos 3D proporciona modos predefinidos similares a los previamente disponibles en la funcionalidad de puerto rectangular. Esta funcionalidad está disponible únicamente para estudios en el dominio de la frecuencia e incluye tipos de modos TE y TM.
4.3a
Puertos periódicos
Una nueva condición de contorno de puerto para el modelado de estructuras periódicas está disponible para interfaces de usuario de Ondas Electromagnéticas 2D. Los puertos periódicos facilitan modelar la excitación de estructuras con periodicidad Floquet e incluir configuración automática de órdenes de difracción.
El tutorial Plasmonic Wire Grating ha sido actualizado y ahora utiliza los nuevos puertos periódicos. En este ejemplo, una onda plana incide sobre una rejilla de cables en un sustrato dieléctrico. Los coeficientes de refracción, reflexión especular y difracción de primer orden son calculados en función del ángulo de incidencia.
Distribución dieléctrica mapeada de una lente de metamaterial
En este ejemplo se demuestra cómo configurar una distribución dieléctrica que varía espacialmente, que podría construirse con un metamaterial. Se define la forma de una lente convexa mediante la deformación conocida de un dominio rectangular. La distribución dieléctrica se define en el dominio rectangular original no deformado y se mapea en la forma deformada de la lente. Aunque la forma de la lente definida aquí es convexa, la distribución dieléctrica causa que el haz incidente diverja.
Nuevas formulaciones 2D y corrientes de volumen
Las nuevas formulaciones sobre el plano para las formulaciones de Ondas Electromagnéticas 2D sobre plano y 2D con simetría axial incluyen un numero de onda fuera del plano. La formulación 2D en el plano facilita modelar rejillas periódicas 2D, estructuras periódicas con incidencia fuera del plano y guías de onda de bloque. La formulación 2D con simetría axial, (a veces llamada 2.5D) es útil para modelar antenas de disco, modelar dispersión con precisión, modelos de haces láser gausianos, y análisis de modelos de cavidades para aceleradores.
Ahora se puede utilizar una densidad de corriente externa volumétrica con Ondas Electromagnéticas mediante el uso de una nueva opción de corriente volumétrica para dominios.
Modelos de antenas de ranura espiral y helicoidal
Se dispone de dos nuevos tutoriales en la librería de modelos del módulo RF: Antena helicoidal de dos brazos y Antena de ranura espiral. El módulo RF ahora viene con 63 tutoriales con ficheros de modelos y documentación PDF paso a paso.
El tutorial de antena helicoidal de dos brazos muestra un análisis de los modos axial y normal. El tutorial de Antena de ranura espiral muestra como construir un geometría espiral utilizando curvas paramétricas y calcular parámetros S y patrones de campo lejano.
Filtro de cavidad de modo evanescente sintonizable utilizando un actuador piezo.
En este modelo tutorial se realiza un filtro de cavidad de modo evanescente añadiendo una estructura dentro de la cavidad. Esta estructura cambia la frecuencia de resonancia por debajo del modo dominante de la cavidad vacía. Se utiliza un actuador piezo para controla el tamaño de un pequeño espacio de aire que proporciona la sintonizabilidad de la frecuencia resonante. Además del módulo RF, este modelo requiere uno de los siguientes módulos: Acoustics Module, MEMS Module o Structural Mechanics Module.
4.3
Gráficos rápidos de campo lejano
Los nuevos gráficos rápidos de campo lejano facilitan la visualización del patrón de radiación asintótico para antenas de RF y microondas. Los gráficos de campo lejano están disponibles para 3D, 2D y planos de corte 3D definidos por el usuario. Una nueva herramienta de cálculo de directividad proporciona la densidad de potencia que la antena radía en la dirección de su máxima emisión. Modelos de materiales de mezcla y medios porosos
Se dispone de modelos de materiales de mezcla y medios porosos tanto para las interfaces de usuario del dominio de la frecuencia como en los transitorios del módulo RF. La conductividad se puede especificar utilizando la ley de Archie. Las fracciones del volumen se pueden definir para hasta 5 materiales diferentes de una mezcla con diferentes permitividades, permeabilidades y conductividades. Modelos de materiales de medios dispersivos
Los materiales del mundo real a menudo son dispersivos: ondas de diferentes longitudes se propagan a diferentes velocidades de fase. El módulo de RF se ha utilizado para modelar medios dispersivos desde hace bastante tiempo, en el que los usuarios han entrado sus expresiones de ecuaciones particulares para varios modelos de dispersión.
La version 4.3 ofrece tres modelos de medios dispersivos importantes como opciones predefinidas para su análisis en el dominio de la frecuencia: Drude-Lorentz, Debye, y Sellmeier.
El modelo Drude-Lorentz es adecuado para aproximar la permitividad de metales. El modelo de dispersión Debye describe la respuesta dieléctrica de un montaje de dipolos ideales sin interacción. Finalmente, la fórmula de Sellmeier es ampliamente utilizada en óptica para especificar el índice de refracción de materiales ópticos como función de la longitud de onda. Los diferentes modelos demateriales están también disponibles cuando se especifica la impedancia y las condiciones de contorno de transición. Fácil conversión entre S, Z e Y
Una entrada de impedancia característica para los resultados ahora permite la conversión entre parámetros S, impedancia Z, y admitancia Y, para los modelos ya resueltos. Esta funcionalidad está disponible a través la herramienta de Global Matrix Evaluation para valores derivados. Ecuación de línea de transmisión
Una nueva interfaz de usuario de Línea de Transmisión resuelve la ecuación de línea de transmisión armónica temporal para el potencial eléctrico. La interfaz se utiliza cuando se resuelve la propagación de ondas electromagnéticas a lo largo de líneas de transmisión unidimensionales y está disponible en 1D, 2D, y 3D.
Más de 20 nuevos modelos tutoriales
Más de 20 nuevos modelos tutoriales están disponibles en la librería de modelos del módulo RF. Todos ellos vienen con instrucciones paso a paso y, cuando es aplicable, soluciones analíticas utilizadas para su validación. Entre los nuevos tutoriales ahora disponibles se encuentran: antena parche microtira, radomo de lente dieléctrica de doble capa, acoplador de bifurcación de línea, filtro cavidad de modo evanescente y antena resonador dieléctrico.
4.2a
Matrices de parámetrso S
Una nueva herramienta de evaluación de la matriz global calcula y visualiza la matriz de parámetros S completa en un único paso. Para un barrido de frecuencia o geométrico calcula y visualiza la matriz completa en una tabla - lo que puede ser utilizado para obtener un gráfico de respuesta o una visualización de superficie utilizando las nuevas funcionalidades de gráfico de tabla y superficie de tabla.
4.2
Campo lejano en un medio (RF) y nuevos modelos
Para calcular diagramas de radiación de antenas y componentes radiantes, la evaluación en campo lejano es una herramienta esencial. La funcionalidad de campo lejano se ha extendido y ahora soporta el cálculo de campo lejano en un medio distinto al vacío. Se ha cambiado para dejar de ser una característica del contorno a ser una características del dominio con una selección de dominio y una selección de contorno.
3.5
- Soporte para circuitos SPICE
- Importación ECAD (ver módulo AC/DC)
- Introducción de puertos de circuito para aplicaciones de onda, como modelado de la conexión de una línea de transmisión o una antena a un circuito externo.
- Formulación con simetría axial mejorada
3.4
- Procesado de campo lejano rápido
- Puertos agrupados para ondas EM
- Mejoras en condiciones de contorno de simetría y periódicas
- Nuevos modelos:
- Barrido no lineal en un análisis de valores propios con una ecuación de normalización para el valor propio utilizando las nuevas condiciones de contorno periódicas
- Cálculo de impedancia de microstrip utilizando dos terminaciones diferentes con las nuevas condiciones de puerto agrupado
- Análisis SAR de la radiación emanada por un teléfono móvil
- Campos eléctricos utilizados para detectar reservas petrolíferas bajo el mar
3.3a
- Condición de divergencia con escalado automático
- Condición de contorno de puerto más general
- Valores por defecto de resolvedores mejorados
- Nuevo módulo de Acoplamiento de coaxial a guía de ondas: este es un nuevo modelo de un línea de alimentación de cable coaxial que excita una onda que se propaga dentro de una guía de ondas rectangular. El modelo utiliza la condición de contorno de puerto con pares de ensamblaje, que posibilita excitar ondas en el contorno interno de una capa perfectamente adaptada.
- Modelo de Antena parche balanceada para 6GHz: este modelo es una versión actualizada que utiliza la condición de contorno de puerto y contiene otras pequeñas mejoras.
3.3
La versión 3.3, como ya se ha comentado anteriormente, se originó como escisión y mejora del (discontinuado) módulo de Electromagnetismo y en esta versión se han añadido las siguientes características:
- Capas perfectamente adaptadas(PML) para ondas electromagnéticas
- Formulación de campo dispersado
- Análisis de frecuencias propias con contornos absorbentes y materiales con pérdidas
- Niveles de potencia para puertos
- Análisis de parámetros S mejorado
- Análisis de campo lejano mejorado
- Elementos vector de orden elevado (desde 3.2a)
- Acoplamientos multifísicos preparados
- Calentamiento de microondas
- Volante magnético
- Nuevos modelos
COMSOL Multiphysics 5.3
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