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Novità COMSOL Multiphysics® versione 6.2

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Aggiornamenti RF Module

Per gli utenti dell'RF Module, la versione 6.2 di COMSOL Multiphysics® introduce una nuova funzione per la simulazione efficiente delle schermature dei cavi intrecciati, un nuovo modello di materiale per i substrati dei PCB e miglioramenti delle prestazioni per l'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements. Per approfondire questi aggiornamenti, continuate a leggere.

Nuova condizione al contorno aggiunta all'interfaccia Electromagnetic Waves, Frequency Domain

Una nuova funzione Cable Shield è stata integrata nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Frequency Domain. Questa funzione consente di simulare in modo efficiente schermature complesse, come quelle intrecciate o perforate, utilizzando una condizione al contorno semplificata che riduce i requisiti computazionali.

Tre modelli di bobina che mostrano diversi livelli di schermatura del cavo intrecciato.
Uno schermo a treccia (basato sul modello Vance) modellato utilizzando la condizione al contorno Cable Shield.

Miglioramenti delle prestazioni per l'interfaccia Waves Electromagnetic, Boundary Elements

Nelle impostazioni dell'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements è ora possibile selezionare i piani di simmetria per ridurre i tempi di calcolo. Le impostazioni di simmetria controllano anche i calcoli di campo lontano e la meshatura controllata dalla fisica. Il nuovo modello RCS of a Metallic Sphere Using the Boundary Element Method (RF) mostra questa funzionalità.

Inoltre, le simulazioni con il metodo degli elementi al contorno (BEM) sui cluster sono fino a 2.5 volte più veloci rispetto alle versioni precedenti. Se si include anche l'effetto della riduzione del modello utilizzando un piano di simmetria, i tempi di simulazione sono fino a 4 volte inferiori. Inoltre, il bilanciamento del carico e della memoria per i modelli BEM in esecuzione su cluster è stato notevolmente migliorato.

Un modello di aereo che mostra la sezione trasversale del radar bistatico nella tabella dei colori Thermal Wave.
Calcolo della sezione trasversale radar (RCS) bistatica in proiezione frontale, utilizzando un modello di dimensioni dimezzate supportato da un piano di simmetria di un conduttore magnetico perfetto (PMC).

Funzionalità nuove e migliorate nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements

All'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements sono state aggiunte la Impedance Boundary Condition e la Layered Impedance Boundary Condition. Queste condizioni al contorno gestiscono rispettivamente i domini esterni metallici e i domini esterni metallici ricoperti da una struttura a strati. Questa nuova aggiunta è visibile nel tutorial Modeling of Dipole Antenna Array Using the Boundary Element Method.

La funzione predefinita, Wave Equation, Electric, include ora tutte le opzioni standard del Electric displacement field model, come la Relative permittivity, il Refractive index, la Dielectric loss, ecc. Questo semplifica l'uso di diversi materiali, supportando diversi modelli di materiali.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Impedance Boundary Condition evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un modello di antenna a dipolo nelle finestre Graphics.
Per caratterizzare le superfici metalliche di un array di antenne a dipolo con conduttività finita, si applica la Impedance Boundary Condition.

Vedi esempio

Nuovo modello di spostamento del campo elettrico

Per le interfacce Electromagnetic Waves, Frequency Domain e Electromagnetic Waves, Boundary Elements è disponibile un nuovo modello di spostamento del campo elettrico, Wideband Debye model, nella funzione Wave Equation, Electric. Questo modello può essere utilizzato per descrivere accuratamente le perdite e gli effetti dispersivi nei substrati dei PCB.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Wave Equation, Electric evidenziato, la finestra Settings corrispondente e due finestre grafiche con grafici 1D che mostrano rispettivamente i valori della permittività relativa e della tangente di perdita di un materiale.
I valori della permittività relativa e della tangente di perdita di un materiale, valutati in un intervallo compreso tra 10 Hz e 10 GHz, sono caratterizzati utilizzando il modello di spostamento del campo elettrico Wideband Debye.

Conducibilità elettrica aggiunta ai modelli di dispersione Drude-Lorentz e Debye

I modelli di dispersione di Drude-Lorentz e Debye hanno ora una maggiore flessibilità, consentendo l'inserimento separato della conduttività elettrica.

Vedi esempio

Elementi di ordine superiore

In questa versione è possibile utilizzare elementi curl fino al settimo ordine nelle interfacce Electromagnetic Waves, Frequency Domain e Electromagnetic Waves, Transient.

Vedi esempio

Simmetria ciclica per Periodic Condition

Cyclic symmetry è stata aggiunta come opzione di periodicità alla funzione Periodic Condition. Questa opzione consente di eseguire simulazioni di un settore di un modello completo a simmetria ciclica anziché del modello completo, riducendo i tempi di calcolo.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Periodic Condition evidenziato, la finestra Settings corrispondente con l'opzione Cyclic symmetry periodicity selezionata e i dipoli elettrici disposti ciclicamente nella finestra Graphics.
Campo elettrico in direzione radiale per dipoli elettrici disposti ciclicamente. Il grafico di sinistra mostra la soluzione completa, mentre il grafico centrale mostra una rivoluzione completa dei risultati della simulazione per un solo settore (il grafico più a destra). Nel grafico centrale è stato utilizzato un set di dati settoriali per la generazione dei dati.

Mesh controllate dalla fisica nel dominio del tempo

Le interfacce per il dominio del tempo, Electromagnetic Waves, Transient ed Electromagnetic Waves, Time Explicit, forniscono ora suggerimenti per la mesh controllata dalla fisica in base al contenuto di frequenza o lunghezza d'onda di una simulazione. I seguenti tutorial illustrano questo nuovo aggiornamento:

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Mesh evidenziato, la finestra Settings corrispondente con l'opzione di dimensione dell'elemento mesh per la frequenza selezionata e un modello di antenna a doppia banda nella finestra Graphics.
La dimensione massima della mesh è determinata dalla frequenza di interesse primario.

Fattore di array uniforme esagonale

Il fattore di array esagonale uniforme stima rapidamente il pattern di campo lontano di array di antenne su una griglia triangolare. Nella versione 6.2, le matrici di antenne esagonali offrono un minor numero di sidelobes, prestazioni più robuste con una migliore risoluzione, un minor rumore spaziale e una copertura più ampia.

Due modelli di antenna esagonale uniforme che mostrano il modello di campo lontano nella tabella dei colori Thermal Wave.
Un array di antenne a 169 elementi può essere stimato rapidamente da un modello a celle unitarie periodiche combinato con il nuovo fattore di array esagonale uniforme.

Variabili di norma istantanea per grandezze vettoriali

Esistono nuove variabili che possono essere aggiunte nella forma phys.normXi = sqrt(real(Xx)^2+real(Xy)^2+real(Xz)^2), dove phys è un nome di riferimento per qualsiasi tag di fisica, come ewfd, e X è un nome di riferimento per una grandezza fisica, come un campo elettrico (E), un campo magnetico (H), ecc. Queste variabili sono particolarmente utili quando si visualizzano le onde vettoriali armoniche nel tempo.

 
La norma istantanea della densità di corrente superficiale (a sinistra) su una superficie metallica curva fornisce una visualizzazione più dinamica del comportamento delle onde rispetto alla definizione convenzionale della norma (a destra).

Impedenza superficiale definita dall'utente

Nella funzione Impedance Boundary Condition e nella funzione Layered Impedance Boundary Condition è ora possibile inserire direttamente l'impedenza della superficie. In precedenza, l'impedenza di superficie veniva calcolata indirettamente dalle proprietà del materiale definite sul contorno o nelle impostazioni della funzione. Questo semplifica il processo di modellazione per i problemi in cui è meno importante utilizzare i materiali reali per la modellazione del dominio esterno.

Vedi esempio

Parametrizzazione automatica del percorso per applicazioni con fulmini e scariche elettrostatiche (ESD)

La funzione Edge Current dell'interfaccia Electromagnetic Waves, Transient è in grado di determinare in modo adattivo il percorso parametrizzato in base alla forma unica della geometria selezionata. Questo miglioramento semplifica il processo di modellazione per le applicazioni di fulminazione ed ESD. Potete visualizzare questa funzione nei seguenti tutorial:

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Edge Current evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un modello di aereo nella finestra Graphics.
Nella funzione Edge Current, il percorso parametrizzato di una forma arbitraria di un segnale fulmineo è impostato come automatico.

Tipo di porta Lumped controllata dal bordo di riferimento

La funzione Lumped Port include ora il tipo Reference-edge controlled. Questa opzione può essere utilizzata per designare selezioni di bordi supplementari, garantendo la corretta direzione del flusso di tensione tra due contorni conduttivi in cui è posizionata una porta lumped.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Lumped Port evidenziato, la finestra Settings corrispondente con l'opzione Reference-edge controlled selezionata e un modello di antenna a dipolo nella finestra Graphics.
La direzione delle frecce nella selezione ausiliaria aiuta gli utenti a verificare la direzione del flusso di tensione prima del calcolo.

Maggiori opzioni di materiali per applicazioni a onde millimetriche

La libreria dei materiali RF è stata ampliata per includere:

  • Alumina Ribbon Ceramic di Corning Incorporated
  • WavePro® WP025LDf, WavePro® WP025, WavePro® WP030, WavePro® WP050, WavePro® WP108, WavePro® WP120, e WavePro® WP150 di Garlock
  • Radix™ Printable Dielectric di Rogers Corporation
  • Zetamix Ɛ Filaments, White Zirconia Zetamix Filament, e Alumina Zetamix Filament, forniti da Zetamix

Vedi esempio

Un modello di lente Fresnel che mostra il modello di campo lontano nelle tabelle dei colori Thermal Wave e Rainbow Light.
Schema di radiazione da una lente di Fresnel, pilotata da un'antenna a cono circolare, utilizzando come materiale della lente lo Zetamix Ɛ Filament Ɛ=2.2.

Un modello di giroide poroso grigio che mostra l'effetto dielettrico nella tabella dei colori Rainbow.
Costante dielettrica effettiva controllabile attraverso strutture giroidi. Impiegando il Radix™ Printable Dielectric con una permittività relativa di 2.8, è possibile ottenere un valore di permittività di 1.5 nella struttura porosa fornita.

Un modello di antenna ad apertura che mostra il guadagno migliorato nella tabella dei colori Thermal Wave.
Miglioramento del guadagno di un'antenna ad apertura utilizzando una lente dielettrica in politetrafluoroetilene (PTFE) riempita di ceramica, realizzata con il materiale dielettrico a bassa perdita WavePro® WP025LDf.

Valutazione del tasso di assorbimento specifico (SAR) per una massa di 1 e 10 grammi

Nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Frequency Domain, la funzione Specific Absorption Rate è stata estesa per la modellazione delle interazioni elettromagnetiche con i tessuti biologici. Dopo il calcolo, questa funzione fornisce variabili predefinite di risultati SAR per l'esposizione dei tessuti. Queste variabili rappresentano i valori SAR per 1 g e 10 g di massa di tessuto e sono comunemente utilizzate nelle applicazioni industriali per misurare i livelli di esposizione alle radiazioni. Il modello di SAR of a Human Head Next to a Wi-Fi Antenna illustra questo nuovo aggiornamento.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Specific Absorption Rate evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un modello di testa umana nella finestra Graphics.
La funzione Specific Absorption Rate fornisce variabili di risultato predefinite per visualizzare e valutare sia il SAR 1 g che il SAR 10 g.

Nuovi tutorial

La versione 6.2 di COMSOL Multiphysics® introduce i seguenti nuovi tutorial nell'RF Module.

RCS of a Metallic Sphere Using the Boundary Element Method

Modello di sfera metallica che mostra il campo elettrico di un'onda incidente nella tavola dei colori Thermal Wave.
Il campo elettrico di un'onda incidente, dispersa attorno a una sfera metallica. È necessario meshare solo il contorno della sfera, poiché il problema viene risolto utilizzando l'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements.

Titolo in Application Library:
rcs_sphere_bem
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Lightning Surge on a Power Transmission Tower

Un modello di trasmissione di potenza che mostra gli effetti di tensione di un fulmine sulle linee elettriche interconnesse nella tabella dei colori Thermal.
Un fulmine con una corrente di 10 kA colpisce uno dei fili schermati della torre. La tensione indotta sui conduttori trifase viene calcolata con tecniche di simulazione rigorose.

Titolo in Application Library:
lightning_surge_tower
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Lightning Surge Analysis of an Offshore Wind Farm

Un modello di parco eolico che mostra gli effetti elettrici di un fulmine sul campo di turbine nella tabella dei colori Thermal Wave.
Questo modello esamina gli effetti di un fulmine su una turbina e i conseguenti campi elettrici indotti sulle turbine vicine. Ciò aiuta a comprendere le potenziali implicazioni dei fulmini sulle turbine interconnesse di un parco eolico offshore.

Titolo in Application Library:
lightning_surge_wind_farm
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Modeling of a Dipole Antenna Array Using the Boundary Element Method

Modello di antenna a dipolo che mostra il diagramma di radiazione nella tabella dei colori Thermal.
Diagramma di radiazione di un array di antenne a dipolo 12x1. Solo le superfici dei radiatori metallici sono modellate con il metodo degli elementi al contorno.

Titolo in Application Library:
dipole_antenna_array
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WavePro è un marchio registrato di Garlock Sealing Technologies LLC. Radix è un marchio di Rogers Corporation o di una delle sue consociate. Zetamix è un marchio registrato di NANOE SAS.