RF Module

Software para diseño de RF y microondas

RF Module

VEHICLE ANTENNA AND EMI/EMC: This example simulates a printed FM antenna on a car windshield. The 3D far-field radiation pattern is visualized. The upper half of the space is truncated with a perfectly matched layer to model an infinite air space. The electric field intensity on a cable harness is also studied.

Predicción virtual de diseños de RF y de microondas

El módulo RF lo utilizan los diseñadores de dispositivos de RF y microondas para diseñar antenas, guías de ondas, filtros, circuitos, cavidades y metamateriales. Simulando de forma rápida y exacta la propagación de las ondas electromagnéticas y el comportamiento resonante, los ingenieros pueden calcular las distribuciones de los campos electromagnéticos y su transmisión, reflexión, impedancia, factores Q, parámetros S y disipación de potencia. Los beneficios que ofrece la simulación incluyen un coste inferior y la capacidad de evaluar y predecir efectos físicos que no son directamente mensurables en experimentos.

Frente a lo que ocurre con el modelado electromagnético tradicional, usted puede además ampliar su modelo para incluir efectos como el aumento de temperatura, las deformaciones estructurales y el flujo de fluidos. Se pueden conectar múltiples efectos físicos y de ese modo afectar a todas las propiedades físicas incluidas durante la simulación de un dispositivo electromagnético.

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Tecnología de solucionadores

El módulo RF se basa en el método de elementos finitos. Las ecuaciones de Maxwell se resuelven utilizando el método de elementos finitos con elementos de arista numéricamente estables, también conocidos como elementos vector, en combinación con los más avanzados algoritmos para soluciones iterativas y de precondicionamiento de los sistemas de ecuaciones dispersas resultantes. Tanto los solucionadores iterativos como los directos se ejecutan en paralelo en ordenadores multinúcleo. Se puede utilizar la informática en clúster ejecutando barridos de frecuencia, que se distribuyen por frecuencia en múltiples ordenadores de un clúster para realizar cálculos rapidísimos, o bien resolviendo modelos grandes con un solucionador directo mediante memoria distribuida (MPI).

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Additional Images:

  • COSITE INTERFERENCE: Antenna crosstalk, or cosite interference, on a single large platform can be analyzed by S-parameter analysis of different configurations of a receiving antenna installed on an airplane fuselage. This model simulates interference between two identical antennas at a very high frequency (VHF). COSITE INTERFERENCE: Antenna crosstalk, or cosite interference, on a single large platform can be analyzed by S-parameter analysis of different configurations of a receiving antenna installed on an airplane fuselage. This model simulates interference between two identical antennas at a very high frequency (VHF).
  • ANTENNA MEASUREMENT: Pyramidal absorbers with radiation-absorbent material (RAM) are commonly used in anechoic chambers for electromagnetic wave measurements. Here, microwave absorption is modeled using a lossy material to imitate the electromagnetic properties of conductive, carbon-loaded foam. ANTENNA MEASUREMENT: Pyramidal absorbers with radiation-absorbent material (RAM) are commonly used in anechoic chambers for electromagnetic wave measurements. Here, microwave absorption is modeled using a lossy material to imitate the electromagnetic properties of conductive, carbon-loaded foam.
  • BIOMEDICAL ENGINEERING: This model uses a low-power, 35-GHz Ka-band millimeter wave and its reflectivity to moisture for noninvasive cancer diagnosis. It detects abnormalities in terms of S-parameters at the tumor locations. An analysis of the fraction of necrotic tissue is also performed. BIOMEDICAL ENGINEERING: This model uses a low-power, 35-GHz Ka-band millimeter wave and its reflectivity to moisture for noninvasive cancer diagnosis. It detects abnormalities in terms of S-parameters at the tumor locations. An analysis of the fraction of necrotic tissue is also performed.
  • POWER DIVIDER / COUPLER: A Wilkinson power divider is a three-port lossless device that outperforms T-junction and resistive dividers. This simulation includes a 100-Ω resistor modeled via a lumped element feature and computes S-parameters, which show good input matching and a -3 dB evenly split output. POWER DIVIDER / COUPLER: A Wilkinson power divider is a three-port lossless device that outperforms T-junction and resistive dividers. This simulation includes a 100-Ω resistor modeled via a lumped element feature and computes S-parameters, which show good input matching and a -3 dB evenly split output.
  • TUNABLE DEVICE: In this tunable device simulation, resonant frequency is controlled by the capacitance inside of the evanescent mode cavity filter. The capacitance is tunable by a piezoelectric actuator. TUNABLE DEVICE: In this tunable device simulation, resonant frequency is controlled by the capacitance inside of the evanescent mode cavity filter. The capacitance is tunable by a piezoelectric actuator.
  • WIDEBAND ANTENNA: A tapered slot antenna, also known as a Vivaldi antenna, is useful for wide-band applications. The taper profile can be easily configured by an exponential function. This model shows the radiation pattern from the antenna visualized with a fast 3D far-field plot. WIDEBAND ANTENNA: A tapered slot antenna, also known as a Vivaldi antenna, is useful for wide-band applications. The taper profile can be easily configured by an exponential function. This model shows the radiation pattern from the antenna visualized with a fast 3D far-field plot.

Opciones de análisis para la simulación electromagnética

ECUACIONES REGULADORAS

El módulo RF simula campos electromagnéticos en 3D, 2D y 2D axisimétricos, así como ecuaciones de línea de transmisión en 1D y modelado (no dimensional) de circuitos con listas de redes SPICE. La formulación en 3D se basa en la forma de onda completa de las ecuaciones de Maxwell utilizando elementos de arista de vector, e incluye relaciones de propiedades de materiales para modelar medios dieléctricos, metálicos, dispersivos, con pérdidas, anisotrópicos, girotrópicos y mixtos. Las formulaciones en 2D pueden solucionar polarizaciones en plano y fuera de plano, simultáneamente o por separado, además de la propagación fuera de plano. Las formulaciones axisimétricas 2D pueden solucionar campos acimutales y en plano, simultáneamente o por separado, y asimismo, solucionar un número de modo acimutal conocido.

FORMULACIONES DE CAMPO

Usted tiene a su disposición formulaciones tanto de onda total como de onda de fondo. La formulación de onda total soluciona los campos totales gracias a todas las fuentes incluidas en el modelo, mientras que la formulación de onda de fondo asume un campo de fondo conocido de una fuente externa (un enfoque habitual para las secciones transversales de radar y para los modelos de dispersión electromagnética).

CONDICIONES LÍMITE/DE CONTORNO

También tiene a su disposición condiciones de contorno para modelar superficies conductoras eléctricas perfectas, superficies de conductividad finita, y caras que pueden representar contornos finos con pérdidas dentro del modelo. Las condiciones de contorno periódico y de simetría le permiten modelar un subconjunto de la totalidad del espacio de su modelo; para modelar contornos a espacio libre se utilizan las condiciones de contorno de dispersión y las capas perfectamente acopladas (PML). Hay varias condiciones de contorno de excitación distintas para modelar puertos: excitaciones rectangulares, circulares, periódicas, coaxiales, aproximadamente aglomeradas y definidas por el usuario, así como excitaciones de puerto exactas computadas numéricamente. Puede incluir condiciones de contorno que representan terminaciones de cable, así como elementos aglomerados capacitivos, inductivos y resistivos. También tiene a su disposición corrientes de línea y dipolos de puntos para crear prototipos rápidamente.

TIPOS DE SOLUCIÓN

Las simulaciones se pueden configurar como problemas de eigenvalores, problemas de dominios de frecuencia o soluciones completamente transitorias. Los problemas de eigenvalores pueden encontrar las resonancias y los factores Q de una estructura, así como las constantes de propagación y pérdidas en guías de ondas. Los problemas de dominios de frecuencia pueden computar los campos electromagnéticos a una sola frecuencia, o dentro de un abanico de frecuencias. Los barridos rápidos de frecuencias, en los que utiliza el método de aproximación de Padé, pueden mejorar enormemente los tiempos de resolución cuando se computa el comportamiento a lo largo de un intervalo de frecuencias. Hay simulaciones transitorias disponibles para la formulación vectorial de ondas completas de segundo orden y para la formulación discontinua de Galerkin de primer orden, que es más eficiente en el uso de recursos de memoria. Se utilizan simulaciones transitorias para modelar materiales no lineales, la propagación de señales y el tiempo de regreso, así como el modelado de comportamientos de banda muy ancha.

CONEXIONES DE PROPIEDADES FÍSICAS MÚLTIPLES

Las ecuaciones contenidas en todos los modelos desarrollados con COMSOL Multiphysics se pueden conectar por completo, de modo que los campos electromagnéticos pueden afectar a cualquier otra propiedad física y ser afectados por ellas. En concreto, una interfaz de usuario especializada para el calentamiento por microondas amplía las capacidades de simulación más allá de los análisis de deposición de potencia tradicionales, con atributos como cálculos SAR y predicciones exactas de los aumentos de temperatura. Resolviendo las ecuaciones de Maxwell en el dominio de frecuencia y la ecuación de transferencia térmica en el dominio estacionario o de tiempo, es posible calcular el aumento de temperatura a lo largo del tiempo y calcular los efectos de diversas propiedades de materiales con la temperatura.

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Resultados ampliables de las simulaciones de RF y microondas

Los resultados de los cálculos se presentan utilizando representaciones predefinidas de los campos eléctricos y magnéticos, parámetros en S, flujo de potencia y pérdidas. Una herramienta de posprocesamiento rápido permite la generación rápida de patrones de radiación de campo lejano. También puede visualizar sus resultados como gráficos de expresiones que representan cantidades físicas que usted define libremente, o como valores derivados tabulados obtenidos de la simulación. Las matrices de parámetros S se pueden exportar al formato Touchstone, y todos los datos se pueden exportar como tablas, archivos de texto, datos brutos e imágenes.

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El flujo de trabajo es sencillo y se puede describir con los pasos siguientes: definir la geometría creándola utilizando las herramientas nativas de COMSOL o importar un modelo CAD, seleccionar los materiales, seleccionar una interfaz de usuario y un tipo de análisis adecuados, definir los puertos y las condiciones de contorno, crear automáticamente la malla de elementos finitos, resolver con una adaptación de malla opcional, visualizar y posprocesar los resultados. Todos los pasos se ejecutan desde COMSOL Desktop®. El paso de selección del solucionador o solucionadores utiliza automáticamente una configuración predeterminada que se ajusta para cada interfaz de RF específica, pero que también puede ser ajustada por el usuario.

Muchos modelos de ejemplo para el diseño de RF y microondas

La Model Library (biblioteca de modelos) del módulo RF describe las interfaces y sus características distintivas a través de tutoriales y ejemplos de referencia. La biblioteca incluye modelos de antenas, dispositivos de ferrita, fenómenos de calentamiento por microondas, dispositivos pasivos, análisis de dispersión y de secciones transversales de radar (RCS), líneas de transmisión y guías de ondas en ingeniería de RF y microondas, modelos de tutoriales educativos y modelos de referencia para la verificación y validación de las interfaces de RF.

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