我们不时地在RF应用中遇到周期性结构，例如频率选择性表面（FSS），电磁带隙（EBG）结构，反应性阻抗表面（RIS），高阻抗表面（HIS）和超材料。如果您在模拟中解决了整个周期性问题，则涉及高计算成本和较长的计算时间。在这篇博客文章中，我们将使用定期边界条件来展示如何简化复杂的数值模型，其中包括RF模块应用程序库中的几个示例。
使用周期性条件来简化您的RF模型
在意大利米兰的世界博览会的镜子室中，镜子会产生无数的建筑图像。这是周期性条件的一个很好的例子。
米歇尔·奥巴马（Michelle Obama）在世界博览会的镜子室。在公共领域中的图像，通过Wikimedia Commons。
可以通过选择适当的数值表示并最小化计算模型大小来简化周期结构的仿真过程。当在电磁模型中反复观察到结构模式时，可以将整个模型缩放到具有周期性条件的单个基本单元。在单细胞模型中的一对边界上应用周期性条件会沿连接边界的轴几乎无限阵列。
也可以在不包括整个房间的情况下分析室内室中使用的微波吸收器。
为了表征室内室中使用的吸收器，只需要一个单元周期性所有侧壁的边界条件。
什么时候建模电磁波和周期结构，衍射和高阶模式对于单位单细胞大小与波长相当的周期性细胞可能至关重要。但是，对于亚波长度周期性结构，模型复杂性仅是边缘的。
周期性边界条件示例
在RF模块应用程序库中，您可以看到一些示例，这些示例演示了如何利用周期性带有单个单元电池的边界条件进行更有效的模拟。
两种介质之间的反射和传输系数
这菲涅尔方程模型描述了两个媒体中的波传播xy-飞机。用一小部分建模周期性边界条件不会牺牲计算的准确性。通过端口激发，反射率和透射率是根据S参数计算的。
左：y- 电场图的组件，当入射角为30度时，具有平均功率流量箭头。对：周期性条件应用于一对边界。另一对侧壁配置为完美的电导体。
频率选择性表面（FSS）
频率响应的周期性结构，例如FSS，RIS，HIS和EBG的超材料也可以使用周期性边界条件。港口功能与完美匹配的层（PML）相结合，计算出S-参数，而不会使周期结构引起的任何可能的高阶模式失真。
左：电场标准以谐振频率绘制。右：该模型总共需要四组周期性边界条件。
这频率选择性表面模拟器应用提供几种类型的预定义的单元配置，例如圆，环，拆分环，矩形和交叉。
微波吸收器
在表征辐射设备时，进行测试和测量将在常规的室内室中进行。房间的墙壁，地板和天花板已完成微波吸收器这种吸收并减弱了事件领域，以最大程度地减少反射。这几乎可以创建一个无限的空间，并且可以在没有外部信号扭曲的情况下评估正在测试的设备（DUT）。
您将如何解决无限的金字塔吸收器阵列的数值建模周期性边界条件？
腔室的整个壁不必成为模拟的一部分，即可分析和增强吸收剂的性能。一个带有A的锥体细胞港口边界条件以及周期性条件，计算锥体结构内部的反射率和现场衰减。
左：有30度入射波时，锥体吸收剂表面的电场标准。右：该模型总共需要四组周期性边界条件。
等离子线光栅
如果物理现象可以用麦克斯韦方程表示，则RF模块中的数值分析不限于RF，微波炉和毫米波应用，并且可以扩展到Terahertz和Lightwave区域。在这个表面基于等离子的电路等离子线光栅模型，将折射率，镜面反射和一阶衍射系数计算为使用介电底物上光栅角的函数周期性条件和港口特征。
左：以36度入射角的电场标准图。对：周期性边界条件会生成无限的电线光栅阵列。
一些有关使用周期条件的注释
边界选择周期性条件由一对具有相同几何形状的边界集组成，我们将两个表面与以下数值条件联系起来：
- 连续性（\ Mathbf {e} _ {\ Mathrm {dettly}} = \ Mathbf {e} _ {\ Mathrm {source}}）
- 反连续性（\ Mathbf {e} _ {\ Mathrm {dettly}} = - \ Mathbf {e} _ {\ Mathrm {source}}）
- floquet（\ Mathbf {{r} _ {\ mathrm {destinaty}} - \ Mathbf {r} _ {\ Mathrm {source}}）}}}）
源和目标边界选择之间的磁场关系与电场的磁场相关。
与连续性选项，两个表面具有相同的解决方案，而反连续性选项提供两个选择之间的相位解决方案。这Floquet选项是最通用的，因为它使我们能够在两组边界之间具有任意相位的变化，因此我们可以以各种入射角处理计算。
当模型的网格与周期性边界条件是通过物理控制选项生成的周期性条件设置为具有与幕后一对相同的网格。可以使用复制网格选项。通过更改选项从物理控制至用户自定义在里面网节点，用于物理控制网格的网格序列填充在网节点。你可以看到复制网格应用于周期性条件边界。
使用复制网格功能，可以在源和目标边界选择之间创建相同的网格。
使用COMSOL多物理学的优点之一是，您可以在周期性的RF型号中完全控制网格生成。如果您从头开始构建网格，则必须确保相同的网格建立在该边界上周期性条件的边界选择。
创建有吸引力的定期RF模型的可视化
您可能已经注意到，RF模块应用程序库以及上面提到的，具有与原始单细胞几何形状不同的吸引人的结果图。这数组3D数据集可帮助您绘制有限阵列数字，而无需重复复制单个单元格。去结果>数据集然后单击到达语境菜单。该数据集可通过选择更多3D数据集>数组3D。
这数组3D数据集可从语境菜单下数据集节点。
选择您喜欢的演示文稿的阵列数量。
添加后数组3D在里面数据集模型构建器中的节点，您可以使用单个单元格的结果设置要绘制的数组的数量先进的部分。在3D图中可视化解决方案时，请确保将当前数据集设置为数组3D。
放大模拟模型以仔细查看时，请在单击鼠标轮时使用CTRL键。此方法更改了相机视图设置，并给出3D透视图的外观和感觉。
频率选择性表面。这筛选音量图的子图可以使您可以在所选区域绘制用户表达式。这阴谋数据集边缘阴谋设置部分3D情节组没有选中。
等离激元电线光栅分析仪仿真应用中的场范围图。3D可视化是由2D模型仿真结果生成的。
如果您有兴趣绘制相变的字段而不是字段的规范，请返回数组数据集设置，请激活Floquet-Bloch周期性在里面先进的部分，键入波矢量价值。对于RF模块中的等离子线光栅模型，请使用表达式emw.kperiodicx在里面数组2D数据集。
在里面先进的部分，Floquet-Bloch周期性激活了增量用户指定的相位变化。
这z- 等离激元线光栅模型中电场的组分，每个阵列单元中具有相位进程。15乘1数组2D使用数据集，并且高度表达被添加到表面图上。
总结说
这周期性边界条件是对RF应用中各种无限周期结构进行建模的关键。由于不必在模拟域中将整个周期结构在此边界条件下包括在模拟域中，因此只有一个单位单元格，计算子波长度不需要大量的计算资源。
了解有关RF分析的专业功能的更多信息，例如周期性边界条件，在RF模块中可用：
评论（0）