RF Module

Pour la Conception en Micro-onde et en RF

RF Module

Un filtre à cavité en mode évanescent est simulé en ajoutant un élément au sein de la cavité, ce qui modifie la fréquence de résonance au dessous du mode dominant de la cavité vide. Un actionneur piézo contrôle la taille du petit entrefer qui permet de régler la fréquence de résonance.

Simulation des Designs en Micro-onde et en RF

Le RF Module est utilisé par les concepteurs de dispositifs RF et micro-ondes pour mettre au point des antennes, des guides d’onde, des filtres, des circuits, des cavités et des métamatériaux. En simulant rapidement et de façon précise la propagation des ondes électromagnétiques et leur comportement en résonance, les ingénieurs peuvent calculer les distributions spatiales des champs électromagnétiques, les transmissions, les réflexions, les impédances, les facteurs Q, les paramètres S et la dissipation de puissance. La simulation offre l'avantage d’un coût moindre, combiné à la capacité à évaluer et prédire les effets physiques impossibles à mesurer directement au moyen d'expériences.

En plus des modélisations électromagnétiques, sont intégrés des effets comme l’augmentation de température, les déformations mécaniques et les écoulement de fluides. Il est ainsi possible de coupler des effets physiques variés et donc de prendre en compte l'ensemble des phénomènes physiques en jeu pendant la simulation d’un dispositif électromagnétique.

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Des Solveurs Numériques Avancés

A la base, le RF Module repose sur la méthode des éléments finis. Les équations de Maxwell sont résolues à l’aide de la méthode des éléments finis et d'éléments d'arêtes, aussi connus sous le nom d’éléments vectoriels, associés aux algorithmes de résolution les plus récents pour le préconditionnement et l'inversion itérative des matrices creuses. Les solveurs itératifs et directs fonctionnent en parallèle sur des ordinateurs multicœurs (architecture à mémoire partagée). Le calcul sur des ordinateurs en grappe (cluster) permet de réaliser des analyses paramétrées, par exemple en fréquence, distribuées sur l'ensemble des noeuds du cluster, afin d'accélérer les calculs ou de résoudre des modèles de grande taille avec un solveur direct qui utilise l'architecture à mémoire distribuée (MPI).

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Images Supplémentaires

  • MODÉLISATION D'UNE ANTENNE : Exemple tutoriel d’une antenne hélicoïdale à deux bras de la bibliothèque de modèles du RF Module MODÉLISATION D'UNE ANTENNE : Exemple tutoriel d’une antenne hélicoïdale à deux bras de la bibliothèque de modèles du RF Module
  • SIMULATION DE CHAMP ÉLECTROMAGNÉTIQUE: La source de chaleur distribuée est calculée par une analyse électromagnétique dans le domaine fréquentiel. Le calcul est suivi d’une simulation de transfert de chaleur transitoire qui montre la redistribution thermique dans les aliments à l'intérieur du four à micro-onde. SIMULATION DE CHAMP ÉLECTROMAGNÉTIQUE: La source de chaleur distribuée est calculée par une analyse électromagnétique dans le domaine fréquentiel. Le calcul est suivi d’une simulation de transfert de chaleur transitoire qui montre la redistribution thermique dans les aliments à l'intérieur du four à micro-onde.
  • ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES : Onde TM oblique incidente sur une grille en or. Les cellules unité de la structure périodique sont représentées sous forme de fils. ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES : Onde TM oblique incidente sur une grille en or. Les cellules unité de la structure périodique sont représentées sous forme de fils.
  • CONCEPTION D'UNE ANTENNE MICRORUBAN : Le rayonnement de l’antenne planaire microruban est visualisé grâce aux graphiques de champ lointain en 3D, 2D et en plan de coupe 3D. CONCEPTION D'UNE ANTENNE MICRORUBAN : Le rayonnement de l’antenne planaire microruban est visualisé grâce aux graphiques de champ lointain en 3D, 2D et en plan de coupe 3D.

Options d’Analyse pour la Simulation Electromagnétique

EQUATIONS PRINCIPALES

Le RF Module permet de simuler des champs électromagnétiques en 3D, 2D et 2D axisymétrique, ainsi que des équations de ligne de transmission en 1D et la modélisation de circuits (non-dimensionnelle) à l'aide des listes d'interconnexions SPICE. La formulation 3D est basée sur la forme complète des équations de Maxwell en utilisant des éléments vectoriels et intègre les propriétés matériaux pour la modélisation de milieux diélectriques, métalliques, dispersifs, avec pertes, anisotropes, gyrotropes et mixtes. Les formulations 2D permettent de résoudre les polarisations dans le plan et hors du plan simultanément ou séparément. Il en est de même pour la propagation hors du plan. Les formulations 2D axisymétriques permettent de résoudre les champs azimutaux et les champs dans le plan simultanément ou séparément, et d'obtenir un indice défini de mode azimutal.

FORMULATIONS DES CHAMPS

Les formulations en champ total et en champ ambiant sont disponibles. La formulation en champ total résout les champs provenant de toutes les sources incluses dans le modèle, tandis que la formulation en champ ambiant suppose un champ ambiant connu provenant d’une source externe – une approche courante pour les modèles de section efficace radar et de diffusion électromagnétique.

CONDITIONS AUX LIMITES

Les conditions aux limites permettent de modéliser des surfaces parfaitement conductrices (PEC), à conductivité finie et des surfaces qui représentent des couches minces à perte au sein du modèle. Les conditions aux limites symétriques et périodiques vous permettent de modéliser un sous-ensemble de l’espace complet à modéliser. Des conditions aux limites de diffusion et des couches parfaitement absorbantes (PML) sont utilisées pour modéliser les limites avec l’espace libre. Plusieurs conditions aux limites différentes existent pour modéliser des ports et des excitations: ports rectangulaires, circulaires, périodiques, coaxiaux, ports réduits, définis par l’utilisateur et calculés numériquement. Vous pouvez inclure des conditions aux limites représentant des terminaisons de câbles ainsi que des éléments réduits de type capacitif, inductif et résistif. Des courants de ligne et des dipôles ponctuels sont également disponibles pour le prototypage rapide.

TYPES DE SOLUTIONS

Les simulations peuvent être effectuées en tant que problèmes aux valeurs propres, dans le domaine fréquentiel ou en transitoire. Les problèmes aux valeurs propres précisent les résonances et facteurs Q d’une structure, ainsi que les constantes de propagation et les pertes dans les guides d’ondes. Dans le domaine fréquentiel, les champs électromagnétiques sont calculés à une seule fréquence ou sur une plage de fréquences. Les analyses paramétrées en fréquence, qui utilisent la méthode des approximants de Padé, réduisent considérablement le temps de calcul. Les simulations transitoires sont disponibles pour la formulation d'onde complète vectorielle du second ordre, et pour la formulation discontinue de Galerkin du premier ordre, plus efficace au niveau de la mémoire. Les simulations transitoirs permettent de modéliser des matériaux non-linéaires, la propagation des signaux et le temps de retour, ainsi que des comportements à bande très large.

COUPLAGES MULTIPHYSIQUES

Les équations de tous les modèles développés dans COMSOL Multiphysics peuvent être parfaitement couplées de sorte que les champs électromagnétiques puissent à la fois influencer et être influencés par tout autre physique. En particulier, une interface dédiée au réchauffement micro-onde élargit les capacités de simulation au-delà des analyses d’absorption de puissance, grâce à des caractéristiques telles que les calculs SAR et les prédictions précises d’augmentation de température. En résolvant les équations de Maxwell dans le domaine fréquentiel et l’équation de transfert de chaleur dans le domaine temporel ou stationnaire, il est possible de calculer l’augmentation de température en fonction du temps et de calculer les effets des variations des propriétés des matériaux en fonction de la température.

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Résultats des Simulations Micro-onde et RF

Les résultats des calculs sont présentés à l’aide de graphiques prédéfinis des champs électriques et magnétiques, desparamètres S, des flux de puissance et des pertes. Un outil rapide de post-traitement permet de créer rapidement les graphiques de rayonnement de champ lointain. Vous pouvez également afficher les résultats en définissant des expressions qui représentent les grandeurs physiques de votre choix ou dans des tables de valeurs calculées lors de la simulation. Les matrices de paramètres S peuvent être exportées au format Touchstone et toutes les données peuvent être exportées sous forme de tableaux, fichiers texte, données brutes et images.

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La méthode de travail est simple et peut être décrite comme suit : définir la géométrie en la créant à l’aide des outils propres à COMSOL ou en important un modèle CAO, sélectionner des matériaux, sélectionner une interface physique et un type d’analyse appropriés, définir les ports et les conditions aux limites, créer automatiquement le maillage d’éléments finis, résoudre optionnellement avec du maillage adaptatif, visualiser et traiter les résultats. Toutes les étapes sont réalisées depuis le COMSOL Desktop®. Le solveur définit automatiquement les paramètres adaptés à chaque interface RF, mais chaque paramètre peut également être configuré par l’utilisateur.

Des Exemples Nombreux en RF et Micro-onde

La bibliothèque de modèles du RF Module explicite concrètement les différentes interfaces physiques en RF, ainsi que leurs caractéristiques spécifiques à l’aide de tutoriels et d’exemples de référence. La bibliothèque comprend des modèles d'antennes, de circulateurs en ferrite, des dispositifs chauffés par micro-onde, des appareils passifs, de l'analyse de diffusion et de surface équivalente radar (RCS), de lignes de transmission et de guides d’onde en RF et micro-onde, des tutoriels à des fins éducatives et des modèles de référence pour vérifier et valider les interfaces RF.

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