0
  1. شما اینجا هستید:  
  2. صفحه اصلی
  3. تارنگار
  4. معرفی ماژول Radio Frequency در کامسول

معرفی ماژول Radio Frequency در کامسول

ماژول فرکانس رادیویی در کامسول، ابزاری برای طراحی و شبیه‌سازی ادوات نوری در ناحیه میکروموج، فروسرخ، مرئی و فرابنفش است. با ماژول RF می‌توان ادوات اپتیکی، فوتونیکی و الکترونیک نوری را طراحی و شبیه‌سازی کرد. این ماژول کامسول با حل معادلات انتشار موج در فضا، قادر به بدست آوردن خواص و بررسی تغییرات متغیر‌های الکترومغناطیسی محیط از قبیل میدان الکتریکی، عبور، بازتاب، امپدانس، ضریب کیفیت (Q-Factors)، پارامترهای ماتریس پراکندگی (S-parameters)، اتلاف توان و ... است. از طرف دیگر با توجه به اینکه نرم‌افزار کامسول، مولتی‌فیزیک است، می‌توان ماژول‌های مختلف را به ساختار مورد بررسی جفت نمود و اثراتی مانند افزایش دما، دفرمگی ساختاری، جریان سیال و ... را نیز در اثر برخورد نور و اندرکنش آن با محیط، بررسی کرد.

شبیه سازی آنتن نیم کروی با کامسول

 

ماژول RF از روش المان محدود برای حل معادلات ماکسول استفاده می‌کند. الگوریتم مورد استفاده در این روش، قابلیت انجام محاسبات موازی را دارد. بنابراین حلال (solver) موجود در نرم‌افزار قابلیت استفاده از تمام هسته‌های یک رایانه یا انجام محاسبات ابری را برای هر فرکانس به شکل بازگشتی (interative) یا مستقیم (direct) به کاربر می‌دهد.

حوزه کاربردهای این ماژول در طراحی، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی انواع رزناتور (Resonators)، فیلتر (Filters)، کوپلر (Couplers)، مقسم توان (Power Dividers)، مدار مسطح (Planar Circuits)، آنتن (Antennas and Phased Arrays)، شناسایی فرکانس رادیویی (Radio-Frequency Identification - RFID)، ادوات فری‌مغناطیس (Ferrimagnetic Devices)، ارتباطات میدان نزدیک (Near field Communication)، آرایه و ساختار‌های بلاخ- فلاکوئت (Bloch-Floquet periodic arrays and Structures)، فرامواد (Metamaterial)، مواد پلاسمونی (Plasmonic)، نانوساختارها (Nanostructures)، ادوات زیست پزشکی (Biomedical Devices)، زیست گرمایی (Bioheating)، درمان میکروموج (microwave therapy)، زینترینگ میکروموج (Microwave Sintering)، طیف‌سنجی میکروموج (Microwave Spectroscopy)، تابش امواج میلیمتری و تراهرتز، محاسبات SAR، آون میکروویو (Microwave Ovens)، پراکندگی (Scattering)، رادار، خطوط عبور (Transmission Lines)، موجبر (Waveguides)، ادواتی با قابلیت تظیم طول موج (Frequency Tunable Devices)، ادوات میکرو و نانو الکترومکانیکی (RF MEMS and NEMS) و ... و بررسی اثرات گرمایی و ساختاری در آنتن‌ها، موجبر‌ها و مدارهای میکروویو است.

معادلاتی که در این ماژول حل می‌شوند، معادلات ماکسول است. این ماژول شامل ۴ فیزیک است:

 

حوزه فرکانسی (Electromagnetic Wave, Frequency Domain)

حوزه فرکانسی برای بدست آوردن میدان الکتریکی در هماهنگ‌های زمانی یا به بیان دیگر ازای بسامد‌های مختلف نور بکار می‌رود. در این فیزیک معادله زیر حل می‌گردد:

\[\nabla \times {\mu }^{-1}_r\left(\nabla \times {\mathbf E}\right)-k^2_0\left({\epsilon}_r-\frac{j\sigma }{\omega {\epsilon}_0}\right){\mathbf E} = {\mathbf 0}\]

در این معادله j عدد موهومی، ω فرکانس زاویه‌ای نور مورد بررسی، εr ثابت دی‌الکتریک نسبی محیط، k0 ثابت انتشار یا بردار موج، σ رسانندگی محیط و µr نفوذپذیری نسبی است. در این فیزیک می‌توان از طریق ایجاد منبع نوری به نمونه‌ها نور تاباند و اندرکنش نور با محیط را بررسی نمود یا مد‌های رزنانسی و ویژه مد‌های سامانه‌های اپتیکی را بدست آورد. به عنوان مثال در مورد اول می‌توان بازتاب، عبور یا جذب یک سامانه نوری را بدست آورد و در مورد دوم ویژه مد‌های یک بلور فوتونی (ic Crystal) را محاسبه نمود.

 انتشار موج TM بر نمونه

 

وابستگی زمانی ضمنی (Electromagnetic Wave, Time Explicit)

این فیزیک برای شبیه‌سازی انتشار امواج الکترومغناطیسی وابسته به زمان در محیط‌های خطی است و اساس آن حل معادلات دیفرانسیل مربوط به قانون فارادی و قانون آمپر-ماکسول، برای بدست آوردن میدان الکتریکی و مغناطیسی می‌باشد:

\[{\epsilon}_0 {\epsilon}_r \frac{\partial {\mathbf E}}{\partial t}-\nabla \times {\mathbf H}+\sigma {\mathbf E} = {\mathbf 0}\]

\[{\mu }_0 {\mu }_r \frac{\partial {\mathbf H}}{\partial t} + \nabla \times {\mathbf E} = {\mathbf 0}\]

 

گذرا (Electromagnetic Wave, Transient)

در فیزیک گذرا، می‌توان پتانسیل برداری مغناطیسی از معادله موج وابسته به زمان را بدست آورد. به طور کلی این فیزیک برای شبیه‌سازی انتشار وابسته به زمان امواج الکترومغناطیسی در ساختارهای مختلف استفاده می‌شود. کاربرد فیزیک حالت گذرا زمانی است که موج مورد بررسی به شکل سینوسی نباشد یا محیط انتشار نور غیر خطی باشد. پاس‌های امواج الکترومغناطیسی نیز با این فیزیک شبیه‌سازی می‌شود. معادله دیفرانسیل جزئی این فیزیک به شکل زیر می‌باشد:

\[\nabla \times {\mu }^{-1}_r \left(\nabla \times {\mathbf A}\right) + {\mu }_0 \sigma \frac{\partial {\mathbf A}}{\partial t}+{\mu }_0\frac{\partial }{\partial t}\left({\epsilon}_0 {\epsilon}_r \frac{\partial {\mathbf A}}{\partial t}\right)=0\]\]

 

خط عبور (Electromagnetic Wave, Transmission Line)

این فیزیک برای شبیه‌سازی انتشار امواج در خطوط عبوری یک بعدی استفاده می‌گردد. در این فیزیک می‌توان به خط عبوری نور تاباند یا مد‌های رزنانسی و ویژه مد‌های سامانه‌های اپتیکی یک بعدی را بدست آورد. معادله دیفرانسیلی که این فیزیک حل می‌کند به شکل زیر است:

\[\frac{\partial }{\partial X} \left(\frac{1}{R+i\omega L}\frac{\partial V}{\partial X}\ \right)-\left(G+i\omega C\right)V = 0\]

 

■

 

ماژول RF قابلیت شبیه‌سازی میدان‌های الکترومغناطیسی را در هندسه‌های ۳ بعدی، ۲ بعدی، ۲بعدی با تقارن محوری و یک بعدی را دارد. حالت یک بعدی، برای شبیه‌سازی خط عبور است. در شبیه‌سازی‌های سه بعدی، معادلات ماکسول به ازای تمام مولفه‌های فضایی میدان برداری در تمام نقاط فضا حل می‌شود. این مدل قادر به شبیه‌سازی محیط‌های مختلف مانند محیط‌های دی‌الکتریک، فلزی، پاشنده (dispersive)، اتلافی (lossy)، ناهمسانگرد (anisotropic)، مغناطواپتیکی (gyromagnetic) به تنهایی یا در کنار یکدیگر را دارد. در هندسه دو بعدی، برای حل مسئله دو انتخاب وجود دارد، یکی حل میدان برداری با در نظر گرفتن مولفه داخل صفحه و دیگری حل با در نظر گرفتن مولفه میدان خارج از صفحه مورد بررسی است. در نهایت برای حالت ۲ بعدی با تقارن محوری، مسئله می‌تواند برای مولفه‌های در صفحه و مولفه سمتی حل گردد.

 شبیه سازی آنتن مارپیچ