Software di modellazione RF per l'ottimizzazione dei dispositivi elettromagnetici

I progettisti di dispositivi RF e a microonde devono garantire che le simulazioni elettromagnetiche siano affidabili e robuste. La modellazione elettromagnetica tradizionale consente di esaminare la sola fisica RF, ma nessun dispositivo del mondo reale opera in un solo ramo della fisica. Per vedere come altri fenomeni fisici influenzano la progettazione, è necessaria la simulazione multifisica, che consente di estendere la modellazione e includere effetti quali aumento di temperatura, deformazioni strutturali e fluidodinamica.

Con l'espansione RF Module della piattaforma di simulazione COMSOL Multiphysics®, potrete analizzare dispositivi RF in scenari multifisici, tra cui riscaldamento a microonde e a radiofrequenza, tutto all'interno dello stesso ambiente software.

Progetta per il presente e per il futuro con l'RF Module

Prodotti, componenti e dispositivi possono sempre essere migliorati. Con l'RF Module, potrete ottimizzare i vostri progetti studiando effetti quali la propagazione delle onde elettromagnetiche, il riscaldamento a microonde e il riscaldamento a radiofrequenza, assicurandovi di creare i migliori prodotti possibili e di anticipare i concorrenti nel vostro campo.

L'industria di componenti RF, microonde e onde millimetriche è sempre in rapida evoluzione e lo sviluppo del prodotto deve tenere il passo con i progressi tecnologici. Per esempio, antenne e front-end RF, tra cui filtri, accoppiatori, divisori di potenza e circuiti di adattamento di impedenza, devono essere compatibili con gli sviluppi futuri, come la rete 5G MIMO, Internet of Things (IoT) e SatCom.

È inoltre importante valutare l'interferenza RF e la compatibilità nelle piattaforme di comunicazione wireless per un perfetto funzionamento dei vostri prodotti, per lo sviluppo di applicazioni come dispositivi indossabili, veicoli autonomi e prodotti a microonde e RF all'avanguardia.

Assicuratevi che la vostra organizzazione sia pronta ad abbracciare queste nuove tecnologie e le sfide future, graze al software COMSOL®.

Cosa troverai nell'RF Module

Quando avrete arricchito COMSOL Multiphysics® con l'RF Module, potrete accedere a funzionalità specializzate per la modellazione RF e microonde, oltre alle funzionalità principali della piattaforma software COMSOL Multiphysics®.

L'RF Module include strumenti per la modellazione di:

  • Antenne
  • Diagrammi di radiazione in campo lontano
  • Guadagno e direttività di antenna
  • Parametri S
  • Impedenza di ingresso
  • Phased arrays
  • Circuiti
  • RFID
  • Dispositivi biomedici
  • Sinterizzazione e spettroscopia a microonde
  • Filtri passa-banda
  • Metamateriali e plasmonica integrata
  • Nanostrutture
  • Radiazione a onde millimetriche e terahertz
  • Risonatori e filtri
  • Accoppiatori e divisori di potenza
  • Dispositivi ferromagnetici
  • Comunicazione in campo vicino
  • Array e strutture con periodicità Bloch-Floquet
  • Calcoli SAR
  • Forni a microonde
  • Scattering e cross-talk
  • Linee di trasmissione
  • Microstrip
  • Guide d'onda coplanari
  • Guide d'onda integrate (SIW)
  • Dispositivi sintonizzabili in frequenza
  • RF MEMS
  • EMI/EMC

Accoppiamenti multifisici

Inclusi nell'RF Module:

  • Riscaldamento elettromagnetico
  • Proprietà dei materiali dipendenti dalla temperatura
  • Proprietà dei materiali dipendenti dal campo elettromagnetico
  • Proprietà dei materiali dipendenti da sforzi, deformazioni e geometria deformata

Accessibili con moduli aggiuntivi:

  • Bioheating e terapia biomedica come l'ablazione a microonde e la diagnosi a onde millimetriche del tessuto tumorale
  • Impatto sulle prestazioni dovuto a stress termico e deformazione meccanica
  • Ferriti con polarizzazione del campo magnetico
  • Filtri piezoelettrici sintonizzabili
  • Plasma a microonde
  • Dielettroforesi
  • Perdite termiche per radiazione
Modello COMSOL per lo studio di una rete di beamforming a matrice di Butler

Una rete di beamforming a matrice di Butler è progettata utilizzando l'interfaccia Transmission Line nell'RF Module. I risultati mostrano il logaritmo del modulo del campo elettrico sugli elementi dell'antenna a 30 GHz e la progressione aritmetica della fase sulla rete di beamforming.

Modello COMSOL per studiare l'assorbimento a microonde in una camera anecoica Un'antenna biconica, spesso utilizzata nei test EMI/EMC, è al centro di una camera anecoica. La radiazione in campo lontano e il parametro S del modello mostrano che il riflesso delle pareti è significativamente ridotto senza alterare le prestazioni dell'antenna.
Grafico 1D dei parametri S in un modello FSS I parametri S per una frequency-selective surface sono stati tracciati in 1D per mostrare la risonanza passa-banda del progetto.
Carta di Smith dei parametri S in un modello di FSS creato con COMSOL Multiphysics e l'RF Module Una carta di Smith è stata generata per valutare le prestazioni di riflettività e trasmittività del modello di FSS con diversi angoli di incidenza.
Esempio di modellazione del riscaldamento elettromagnetico utilizzando il software RF di COMSOL Una curva di una guida d'onda in banda x contiene un blocco dielettrico il cui materiale ha proprietà dipendenti dalla temperatura. Il modello mostra come l'oggetto si surriscaldi nel tempo a causa delle perdite elettromagnetiche e calcola la temperatura a regime.
Modello di un filtro a microonde passa-basso su un PCB In questo modello sono calcolati i parametri S di un filtro a microonde passa-basso su un circuito stampato (PCB). Il modello considera anche l'effetto della deformazione meccanica in base alla posizione e alla lunghezza degli stub lungo la microstriscia.

Caratteristiche e funzionalità dell'RF Module

Esplora le funzionalità dell'RF Module in modo più dettagliato espandendo le sezioni seguenti.

Potete configurare progetti di dispositivi RF o microonde selezionando interfacce fisiche predefinite. Queste interfacce sono dotate di funzionalità pensate per una varietà di scenari di modellazione specifici: avrete quindi la possibilità di impostare un modello senza dover prima analizzare le complesse equazioni di Maxwell che descrivono la fisica.

Sia che dobbiate studiare l'elettromagnetismo di un semplice dispositivo RF o accoppiare altri fenomeni fisici, come il trasferimento di calore o la meccanica strutturale, potrete trovare ciò che vi serve nella selezione completa di interfacce fisiche integrate.

Lo sapevi? Un'interfaccia è un pacchetto completo di funzionalità di modellazione su misura per un'area specifica di analisi.

Interfacce di modellazione basate sulla fisica nell'RF Module:

  • Onde elettromagnetiche, dominio della frequenza
  • Onde elettromagnetiche, tempo esplicito
  • Onde elettromagnetiche, transitorio
  • Linea di trasmissione
  • Circuiti elettrici
  • Riscaldamento a microonde
La GUI del software COMSOL mostra le interfacce fisiche predefinite disponibili con l'RF Module

Il riscaldamento RF in una guida d'onda è modellato utilizzando l'interfaccia predefinita Microwave Heating, disponibile quando si aggiunge l'RF Module alla piattaforma di simulazione COMSOL Multiphysics®.

La modellazione di problemi elettromagnetici richiede un'ampia disponibilità di condizioni al contorno e impostazioni geometriche. Pertanto, nell'RF Module troverete funzionalità geometriche preimpostate, indipendentemente dal fatto che stiate lavorando in un dominio 1D, 2D o 3D.

Potete scegliere tra un'ampia varietà di dettagliate condizioni al contorno per descrivere i contorni metallici - compresi condizioni di impedenza e conduttori elettrici e magnetici perfetti - e i contorni radianti (assorbenti), come i contorni di scattering e gli strati perfettamente adattati. Per ridurre la dimensione del modello, l'RF Module supporta anche la definizione di condizioni al contorno periodiche.

Lo sapevi?

È possibile ridurre il tempo di calcolo e la memoria necessaria utilizzando una condizione Periodic, Perfectly Matched Layer o Symmetry.

La varietà delle condizioni al contorno copre una vasta gamma di scenari di progettazione, consentendo di modellare la geometria di porte, cavi, dispositivi e altri componenti e geometrie complesse.

Condizioni al contorno nell'RF Module:

  • Superfici
    • Superfici a conducibilità elettrica perfette
    • Conducibilità finita
    • Contorni sottili con perdite
  • Simmetria
  • Periodicità
  • Spazio libero
    • Contorni di scattering (assorbente)
    • Strati perfettamente adattati (PML)
  • Elementi
    • Capacitivi
    • Induttivi
    • Resistivi
    • Impedenza complessa
  • Porte
    • Rettangolari
    • Circolari
    • Periodiche
    • Coassiali
    • Definite dall'utente
    • Numeriche (calcolo dei modi)
    • Concentrate
    • Sistemi di reti a due porte
  • Terminazioni di cavi
  • Correnti di linea
  • Dipoli puntiformi
 

Volete avere il pieno controllo della vostra simulazione? Con l'equation-based modeling, potrete modificare le equazioni fondamentali direttamente all'interno del software, personalizzando ulteriormente il modello per i vostri analisti.

Per i problemi di modellazione elettromagnetica, l'RF Module si basa sul metodo degli elementi finiti, in particolare sulla formulazione nel dominio della frequenza delle equazioni di Maxwell. Modificando le equazioni personalizzate con il metodo degli elementi finiti avrete la certezza di ottenere i risultati necessari per un prodotto finale sicuro e affidabile.

Lo sapevi? Il metodo degli elementi finiti è preferito in molti casi rispetto al metodo delle differenze finite, in particolare nelle applicazioni multifisiche e per i dispositivi costituiti da geometrie complesse.

Come ulteriore vantaggio, utilizzando l'equation-based modeling ed eliminando la necessità di codifica di base, è possibile aumentare notevolmente la flessibilità e le possibilità di modellazione e ridurre il tempo necessario per impostare le simulazioni.

Flessibilità dell'equation-based modeling nell'RF Module:

Lo sapevi? L'equation-based modeling dà la possibilità di accedere e apportare modifiche alle equazioni che governano le interfacce di modellazione a cui sono applicate.

  • 1D
    • Equazioni delle linee di trasmissione (possono essere proiettate in applicazioni 2D o 3D)
  • 2D
    • Polarizzazione nel piano, fuori piano o vettore completo a tre componenti
    • Propagazione fuori piano
  • 2D con simmetria rotazionale
    • Polarizzazione nel piano, fuori piano (azimutale) o vettore completo a tre componenti
    • Numeri di modo azimutali noti
  • Formulazioni del campo:
    • Campo incidente (full field)
    • Campo di scattering (scattered field)
  • 3D
    • Formulazione integrale (full-wave) delle equazioni di Maxwell usando elementi edge (curl)
    • Relazioni per le proprietà materiali:
      • Mezzi dielettrici
      • Mezzi metallici
      • Mezzi dispersivi
      • Mezzi con perdite
      • Mezzi anisotropi
      • Mezzi girotropici
      • Mezzi misti
  • Modelli circuitali (adimensionali) con Netlists SPICE
 

Con l'RF Module, avrete il controllo assoluto sulla vostra mesh. Ciò è particolarmente utile se le proprietà del materiale variano durante la simulazione, ad esempio nel caso del riscaldamento elettromagnetico.

Utilizzando la funzionalità physics-controlled mesh di COMSOL Multiphysics®, è possibile risolvere facilmente le lunghezze d'onda dei fenomeni elettromagnetici e ottenere soluzioni accurate. È quindi possibile variare la quantità di elementi mesh utilizzati per risolvere il modello per il livello di accuratezza desiderato.

Utilizzando una varietà di opzioni di mesh, che possono essere automatiche o manuali, è possibile creare mesh di domini dielettrici e strati perfettamente adattati (PML), nonché strutture periodiche adatte a simulazioni RF. Il controllo della mesh garantisce risultati di simulazione accurati.

Funzionalità di mesh nell'RF Module:

  • Tetraedri
  • Triangoli
  • Esaedri
  • Prismi
  • Rettangoli
GUI di COMSOL per una simulazione EM che utilizza i PML e la funzionalità physics-controlled mesh La mesh di un'automobile viene creata usando la funzione physics-controlled mesh. L'auto è racchiusa in strati perfettamente adattati separati da un dominio di aria per calcolare il modello di radiazione in campo lontano dell'antenna FM sul parabrezza posteriore.

È possibile utilizzare i metodi numerici e i solutori inclusi in COMSOL Multiphysics® per calcolare le complesse equazioni alla base delle simulazioni elettromagnetiche, senza sacrificare velocità e precisione. I solutori avanzati integrati nell'RF Module vi daranno la garanzia che le vostre analisi siano corrette e che il progetto sia supportato da solide soluzioni numeriche.

Indipendentemente dall'obiettivo della vostra simulazione, potete selezionare un tipo di studio e manipolare tutte le impostazioni associate, anche per analisi agli autovalori, nel dominio della frequenza e analisi completamente transitorie. Sulla base delle vostre specifiche esigenze di simulazione, l'RF Module offre un metodo per risolvere il vostro problema.

Metodi numerici nell'RF Module:

  • FEM
    • Dominio della frequenza
    • Dominio del tempo implicito
    • Elementi vettoriali/edge di ordine 1, 2 o 3 che si adattano alla curvatura delle superfici CAD
  • Galerkin discontinuo (dG), dominio del tempo esplicito
  • Equazione delle linee di trasmissione, dominio della frequenza
  • Tecniche di riduzione dell'ordine del modello (MOR)
    • Metodo di valutazione della forma d'onda asintotica (AWE)
    • Metodo modale del dominio della frequenza

Tipi di studio nell'RF Module:

  • Autofrequenza
    • Frequenze di risonanza e fattori Q di una struttura
    • Costanti di propagazione e perdite in guide d'onda
  • Dominio della frequenza
    • Calcoli su intervalli di frequenze
  • Transitorio completo
    • Materiali non lineari
    • Propagazione del segnale e tempo di ritorno
    • Comportamento in banda larga
    • Riflettometria nel dominio del tempo (TDR)
Modello di divisore di potenza di Wilkinson che utilizza lo studio Frequency Domain nell'RF Module Il modulo del campo elettrico del divisore di potenza di Wilkinson è calcolato usando lo studio Frequency Domain. Le impostazioni dello studio sono state configurate per un particolare intervallo di frequenze.

Potrete presentare i risultati della simulazione a colleghi, clienti e responsabili in modo coinvolgente, includendo visualizzazioni complesse delle matrici dei parametri S, diagrammi di radiazione in campo lontano e carte di Smith. Da scale di colori brillanti a semplici grafici di valori derivati, potete mostrare risultati accattivanti e di immediata comprensione. Qualunque sia l'oggetto della vostra simulazione, questa funzionalità consentirà al vostro team di partecipare alle fasi successive del processo di sviluppo. Questi dati possono anche essere esportati per ulteriori operazioni di postprocessing in altri strumenti.

Lo sapevi? All'interno dei grafici dei risultati è possibile creare annotazioni personalizzate per una migliore visualizzazione dei valori più importanti.

Funzioni di postprocessing nell'RF Module:

  • Matrici dei parametri S
  • Diagrammi di radiazione in campo lontano
  • Guadagno dell'antenna
  • Rapporto assiale
  • Grafici di espressioni definite dall'utente
  • Variabili derivate, funzioni e variabili definite dall'utente
  • Sezioni radar
  • Carta di Smith
 

Provate a pensare al tempo e all'energia che potreste dedicare a nuovi progetti se non doveste continuare a ripetere gli stessi test di simulazione per i membri del vostro team. Con l'Application Builder, integrato in COMSOL Multiphysics®, potrete creare app di simulazione che semplificheranno ulteriormente il flusso di lavoro della simulazione, consentendo di limitare gli input e controllare gli output del modello, in modo che i vostri colleghi possano eseguire in autonomia le proprie analisi.

Grazie alle app, potrete modificare facilmente un parametro di progetto, come il guadagno o la frequenza in un'antenna, e testarlo tutte le volte che vorrete senza dover ripetere l'intera simulazione. Potrete utilizzare le app per eseguire i vostri test più rapidamente o distribuire le app agli altri membri del vostro team perché possano svolgere i loro test, lasciando a voi tempo e risorse per altri progetti.

Il processo è semplice:

  1. Trasformate il vostro modello RF complesso in una semplice interfaccia utente (un'app)
  2. Personalizzate l'app in base alle vostre esigenze selezionando input e output disponibili per gli utenti dell'app
  3. Utilizzate il prodotto COMSOL Server™ per catalogare le app e renderle accessibili agli altri membri del team
  4. Consentite al vostro team di eseguire analisi sul progetto senza bisogno di ulteriore assistenza

Attraverso le app di simulazione potete estendere la capacità di eseguire simulazioni ai colleghi del vostro team, della vostra organizzazione o istituto, e anche ai vostri clienti e fornitori.

Un'app di simulazione personalizzata per l'analisi del reticolo plasmonico, realizzata con COMSOL Multiphysics. Un esempio di un'app di simulazione realizzata per analizzare un reticolo di fili plasmonico su un substrato dielettrico. L'app calcola i coefficienti di rifrazione, riflessione speculare e diffrazione del primo ordine in funzione dell'angolo di incidenza.
App di simulazione personalizzata per lo studio di un'antenna patch Un esempio di un'app realizzata per simulare array di antenne patch. L'app visualizza il diagramma di radiazione in campo lontano dell'array di antenne e la sua direttività. Gli utenti delle app possono anche valutare i prototipi di array di phased antennas per le reti mobili 5G.

Sviluppa circuiti a microonde e onde millimetriche, antenne e metamateriali pronti per il mondo reale

Affinché prodotti, dispositivi e componenti RF possano operare in sicurezza nel mondo reale, i progetti simulati devono essere realizzabili. Con il software COMSOL Multiphysics® e il componente aggiuntivo dedicato RF Module è possibile analizzare come fisiche multiple influiscano sui progetti RF.

La maggior parte dei componenti RF, dei dispositivi e dei prodotti che progettate è influenzata da qualche altro ramo della fisica, che si tratti di trasferimento di calore, plasma o meccanica strutturale, solo per citarne alcuni. Per ottenere uno studio più accurato possibile, è necessario poter esaminare contemporaneamente diversi di questi effetti. Con l'RF Module, espansione di COMSOL Multiphysics®, potrete abbinare tutti gli effetti fisici necessari nello stesso ambiente di modellazione, semplificando così la vostra ricerca.

C'è un'altra area fisica specifica che interessa il vostro prodotto finale e che quindi dovete investigare? È possibile combinare l'RF Module con qualsiasi modulo aggiuntivo o prodotto LiveLink™ della suite: tutti si integrano perfettamente con la piattaforma software COMSOL Multiphysics®. Ciò significa che il flusso di lavoro di modellazione rimane lo stesso, qualunque sia l'area dell'applicazione o la fisica che state modellando.

Modello multifisico di una sonda dielettrica che accoppia il trasferimento di calore e la simulazione RF Una sonda dielettrica conica utilizzata per la diagnosi del cancro della pelle è modellata accoppiando il trasferimento di calore e la fisica RF. La simmetria di rotazione consente una rapida analisi del modo dominante nella guida d'onda circolare e della sonda con le sue caratteristiche di radiazione.
Modello multifisico di tuning di una cavità che accoppia le fisiche RF e MEMS Il tuning di un filtro in cavità a modo evanescente è modellato accoppiando le fisiche MEMS e RF. Il modello mostra come la meccanica strutturale di un attuatore piezoelettrico controlli la frequenza di risonanza all'interno della cavità.

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Ogni esigenza di business e di simulazione è diversa. Per valutare se il software COMSOL Multiphysics® soddisfa o meno le vostre esigenze, non dovete fare altro che contattarci. Parlando con uno dei nostri tecnici commerciali, riceverete consigli personalizzati ed esempi completamente documentati per aiutarvi a ottenere il massimo dalla vostra valutazione e guidarvi a scegliere l'opzione di licenza migliore per soddisfare le vostre esigenze.

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