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COMSOL Multiphysics® 6.2 Release Highlights

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Neuerungen im RF Module

Für Nutzer des RF Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.2 eine neue Funktion zur effizienten Simulation von geflochtenen Kabelabschirmungen, ein neues Materialmodell für Leiterplattensubstrate und Leistungsverbesserungen für das Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements. Hier erfahren Sie mehr über die Updates.

Neue Randbedingung im Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain

Ein neues Feature Cable Shield wurde in das Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain integriert. Diese Funktion ermöglicht die effiziente Simulation komplexer, beispielweise geflochtener oder perforierter Abschirmungen mithilfe einer optimierten Randbedingung, die den Rechenaufwand reduziert.

Drei Spulenmodelle mit unterschiedlichen geflochtenen Kabelabschirmungen.
Eine geflochtene Abschirmung (basierend auf dem Vance-Modell), die mit der Randbedingung Cable Shield modelliert wurde.

Leistungsverbesserungen für das Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements

In den Einstellungen für das Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements ist es jetzt möglich, Symmetrieebenen auszuwählen, um die Berechnungszeit zu reduzieren. Die Symmetrieeinstellungen steuern auch die Fernfeldberechnungen und die physikgesteuerte Vernetzung. Das neue Modell RCS of a Metallic Sphere Using the Boundary Element Method (RF) veranschaulicht diese Funktionalität.

Darüber hinaus sind Simulationen mit der Randelemente-Methode (BEM) auf Clustern jetzt bis zu 2,5-mal schneller als in früheren Versionen. Wenn Sie zusätzlich den Effekt der Verkleinerung des Modells durch eine Symmetrieebene berücksichtigen, sind die Simulationszeiten bis zu 4-mal schneller. Darüber hinaus wurde die Balance von Prozessor- und Speicherauslastung für BEM-Modelle, die auf Clustern ausgeführt werden, erheblich verbessert.

Ein Flugzeugmodell, das den bistatischen Radarquerschnitt in der Farbtabelle Thermal Wave zeigt.
Berechnung des bistatischen Radarquerschnitts unter Verwendung eines halben Modells, das durch eine Symmetrieebene eines perfekten magnetischen Leiters unterstützt wird.

Neue und verbesserte Features im Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements

Die Randbedingungen Impedance Boundary Condition und Layered Impedance Boundary Condition wurden dem Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements hinzugefügt. Diese Randbedingungen behandeln metallische äußere Gebiete bzw. metallische äußere Gebiete, die von einer geschichteten Struktur bedeckt sind. Sie können sich diese Ergänzung im Tutorial-Modell Modeling of Dipole Antenna Array Using the Boundary Element Method ansehen.

Der Knoten Wave Equation, Electric enthält jetzt alle Standardoptionen des Electric displacement field model, wie zum Beispiel Relative permittivity, Refractive index, Dielectric loss, usw. Dies vereinfacht die Verwendung unterschiedlicher Materialien, die verschiedene Materialmodelle verwenden.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Impedance Boundary Condition, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Dipolantennengruppenmodell in den Grafikfenstern.
Um die metallischen Oberflächen einer Dipolantennengruppe mit endlicher Leitfähigkeit zu charakterisieren, wird die Randbedingung Impedance Boundary Condition angewendet.

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Neues Modell der elektrischen Flussdichte

Für die Interfaces Electromagnetic Waves, Frequency Domain und Electromagnetic Waves, Boundary Elements ist im Feature Wave Equation, Electric ein neues Modell der elektrischen Flussdichte, Wideband Debye model, verfügbar. Dieses Modell kann für eine genaue Beschreibung von Verlusten und dispersive Effekten in Leiterplattensubstraten verwendet werden.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Wave Equation, Electric, dem entsprechenden Einstellungsfenster und zwei Grafikfenstern mit 1D-Plots, die die relative Dielektrizitätskonstante bzw. den Verlustfaktor eines Materials darstellen.
Die relative Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktors eines Materials, die über einen Bereich von 10 Hz bis 10 GHz ausgewertet werden, werden mithilfe des Modells der elektrischen Flussdichte Wideband Debye model charakterisiert.

Elektrische Leitfähigkeit in den Dispersionsmodellen Drude-Lorentz und Debye

Die Dispersionsmodelle Drude-Lorentz und Debye bieten jetzt zusätzliche Flexibilität, indem sie die separate Angabe der elektrischen Leitfähigkeit ermöglichen.

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Elemente höherer Ordnung

In dieser Version können nun im Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain und im Interface Electromagnetic Waves, Transient Curl-Elemente bis zu siebter Ordnung verwendet werden.

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Zyklische Symmetrie für das Feature Periodic Condition

Das Feature Periodic Condition enthält jetzt die Periodizitätsoption Cyclic symmetry. Mit dieser Option können Sie Simulationen eines Sektors eines zyklisch symmetrischen Modells anstelle des vollständigen Modells durchführen und so die Berechnungszeit verkürzen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Periodic Condition, das entsprechende Einstellungsfenster mit der ausgewählten Option Cyclic symmetry periodicity und zyklisch angeordnete elektrische Dipole im Grafikfenster.
Das elektrische Feld in radialer Richtung für zyklisch angeordnete elektrische Dipole. Der linke Plot zeigt die vollständige Lösung und der mittlere Plot zeigt eine Umdrehung der Simulationsergebnisse für einen Sektor (der Plot ganz rechts). In der mittleren Darstellung wurde ein Sektordatensatz verwendet, um die Daten zu erzeugen.

Physikgesteuertes Netz für Simulationen im Zeitbereich

Die Interfaces für den Zeitbereich, Electromagnetic Waves, Transient und Electromagnetic Waves, Time Explicit, bieten jetzt physikgesteuerte Netzvorschläge auf der Grundlage des Frequenz- oder Wellenlängeninhalts einer Simulation. Die folgenden Tutorial-Modelle veranschaulichen dieses Update:

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Mesh, das entsprechende Einstellungsfenster mit der ausgewählten Option für die Größe der Frequenznetzelemente und ein Dualband-Antennenmodell im Grafikfenster.
Die maximale Netzgröße wird durch die relevante Frequenz bestimmt.

Hexagonaler gleichförmiger Gruppenfaktor

Der hexagonale gleichförmige Gruppenfaktor schätzt schnell das Fernfeldmuster von Antennengruppen auf einem dreieckigen Gitter. In Version 6.2 bieten die hexagonalen Antennengruppen geringere Nebenkeulen, eine robustere Leistung mit besserer Auflösung, geringeres räumliches Rauschen und eine breitere Abdeckung.

Zwei gleichförmige hexagonale Antennenmodelle, die das Fernfeldmuster in der Farbtabelle Thermal Wave zeigen.
Eine Antennengruppe mit 169 Elementen kann schnell durch ein periodisches Einheitszellenmodell in Kombination mit dem neuen hexagonalen gleichförmigen Gruppenfaktor geschätzt werden.

Unmittelbare Normvariablen für Vektorgrößen

Es gibt neue Variablen der Form phys.normXi = sqrt(real(Xx)^2+real(Xy)^2+real(Xz)^2) , die hinzugefügt werden können. Hierbei ist phys ein Platzhalter für einen beliebigen Physik-Tag, wie zum Beispiel ewfd, und X ein Platzhalter für eine physikalische Größe, wie zum Beispiel ein elektrisches Feld (E), ein magnetisches Feld (H), usw. Diese Variablen sind insbesondere bei der Visualisierung von zeitharmonischen Vektorwellen nützlich.

 
Die unmittelbare Norm der Oberflächenstromdichte (links) auf einer gekrümmten metallischen Oberfläche bietet eine dynamischere Visualisierung des Wellenverhaltens im Vergleich zu der herkömmlichen Normdefinition (rechts).

Benutzerdefinierte Oberflächenimpedanz

In den Features Impedance Boundary Condition und Layered Impedance Boundary Condition ist es jetzt möglich, die Oberflächenimpedanz direkt anzugeben. Zuvor wurde die Oberflächenimpedanz indirekt aus den am Rand oder in den Feature-Einstellungen definierten Materialeigenschaften berechnet. Dies vereinfacht den Modellierungsprozess für Probleme, bei denen es weniger wichtig ist, echte Materialien für die Modellierung des äußeren Gebiets zu verwenden.

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Automatische Pfadparametrisierung für Anwendungen wie Blitzschlag und elektrostatische Entladung

Die Funktion Edge Current im Interface Electromagnetic Waves, Transient kann adaptiv einen parametrisierten Pfad basierend auf der Form der ausgewählten Geometrie bestimmen. Diese Verbesserung vereinfacht den Modellierungsprozess für Anwendungen wie Blitzschlag und elektrostatische Entladung. Sehen Sie sich diese Funktion in den folgenden Tutorial-Modellen an:

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Edge Current, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Flugzeugmodell im Grafikfenster.
Der parametrisierte Pfad einer beliebigen Form eines Blitzkanals wird in der Funktion Edge Current als automatisch festgelegt.

Typ Reference-edge controlled für das Feature Lumped Port

Das Feature Lumped Port enthält jetzt einen Typ Reference-edge controlled. Mit dieser Option können Sie eine zusätzliche Kantenauswahl treffen, um die richtige Richtung des Spannungsflusses zwischen zwei leitenden Rändern zu gewährleisten, an denen sich ein Lumped Port befindet.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Lumped Port, das entsprechende Einstellungsfenster mit der Option Reference-edge controlled und ein Dipolantennenmodell im Grafikfenster.
Die Richtung der zusätzlich ausgewählten Pfeile hilft Nutzern, die Richtung des Spannungsflusses vor der Berechnung zu überprüfen.

Erweiterte Materialoptionen für Millimeterwellenanwendungen

Die Materialbibliothek des RF Module wurde erweitert und enthält jetzt auch:

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

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Ein Fresnel-Linsen-Modell, das das Fernfeldmuster in den Farbtabellen Thermal Wave und Rainbow Light zeigt.
Strahlungscharakteristik einer Fresnel-Linse, die von einer kreisförmigen Hornantenne angeregt wird, mit Zetamix Ɛ Filament Ɛ=2.2 als Linsenmaterial.

Ein graues poröses Gyroidmodell, das den dielektrischen Effekt in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Steuerbare effektive Dielektrizitätskonstante durch Gyroidstrukturen. Durch den Einsatz von Radix™ Printable Dielectric mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,8 kann in dem vorgesehenen porösen Design ein Dielektrizitätswert von 1,5 erreicht werden.

Ein Aperturantennenmodell, das die Verstärkung in der Farbtabelle Thermal Wave zeigt.
Verstärkung einer Aperturantenne mit einer keramisch gefüllten dielektrischen Linse aus Polytetrafluorethylen (PTFE), die aus dem verlustarmen dielektrischen Material WavePro® WP025LDf hergestellt wurde.

Bestimmung der spezifischen Absorptionsrate (SAR) für 1 g und 10 g

Im Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain wurde die Funktion Specific Absorption Rate für die Modellierung von elektromagnetischen Wechselwirkungen mit biologischem Gewebe erweitert. Nach der Berechnung liefert diese Funktion vordefinierte SAR-Ergebnisvariablen für die Gewebeexposition. Diese Variablen stellen SAR-Werte für 1 g und 10 g Gewebemasse dar und werden üblicherweise in industriellen Anwendungen zur Messung der Strahlenbelastung verwendet. Das Modell SAR of a Human Head Next to a Wi-Fi Antenna veranschaulicht dieses Update.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Spezifische Absorptionsrate, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Modell des menschlichen Kopfes im Grafikfenster.
Das Feature Specific Absorption Rate bietet vordefinierte Ergebnisvariablen zur Visualisierung und Auswertung von SAR 1 g und SAR 10 g.

Neue Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics® Version 6.2 enthält neue Tutorial-Modelle für das RF Module.

RCS of a Metallic Sphere Using the Boundary Element Method

Ein Modell einer Metallkugel, das das elektrische Feld einer einfallenden Welle in der Farbtabelle Thermal Wave zeigt.
Das elektrische Feld einer einfallenden Welle, die an einer Metallkugel gestreut wird. Da das Problem mithilfe des Interfaces Electromagnetic Waves, Boundary Elements gelöst wird, muss nur der Rand der Kugel vernetzt werden.

Application Library Titel:
rcs_sphere_bem
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Lightning Surge on a Power Transmission Tower

Ein Stromleitungsmodell, das die Spannungsauswirkungen eines Blitzschlags auf verbundene Stromleitungen in der Farbtabelle Thermal zeigt.
Ein Blitz mit einer Stromstärke von 10 kA schlägt in einen der abgeschirmten Drähte des Turms ein. Die induzierte Spannung auf den dreiphasigen Leitern wird berechnet.

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

Ein Windparkmodell, das die elektrischen Effekte eines Blitzeinschlags auf das Turbinenfeld in der Farbtabelle Thermal Wave zeigt.
Dieses Modell untersucht die Auswirkungen eines Blitzschlags in eine Windturbine und die daraus resultierenden induzierten elektrischen Felder in benachbarten Turbinen. Dies hilft dabei, die potenziellen Folgen von Blitzschlägen auf verbundene Turbinen in einem Offshore-Windpark zu verstehen.

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

Das Modell einer Dipolantennengruppe zeigt die Strahlungscharakteristik in der Farbtabelle Thermal.
Strahlungscharakteristik einer 12x1-Dipolantennengruppe. Nur die Oberflächen der metallischen Strahler werden mit der Randelemente-Methode modelliert.

Application Library Titel:
dipole_antenna_array
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WavePro ist eine eingetragene Marke von Garlock Sealing Technologies LLC. Radix ist eine Marke der Rogers Corporation oder einer ihrer Tochtergesellschaften. Zetamix ist eine eingetragene Marke von NANOE SAS.