 |
فریل مغناطیسی
معرفی
تغذیه آنتن ها با سیگنال های مناسب ممکن است دشوار باشد. سیگنال اغلب به عنوان یک ولتاژ توصیف می شود و ولتاژها در فرمول های موج الکترومغناطیسی به خوبی تعریف نشده اند. چندین ترفند برای مدل‌سازی ژنراتورهای ولتاژ در چنین شرایطی وجود دارد که یکی از آن‌ها فریل مغناطیسی است . این مثال مراحل اساسی تعریف یک ژنراتور ولتاژ فریل مغناطیسی را برای یک آنتن دوقطبی نشان می دهد و همچنین امپدانس آنتن حاصل را با نتایج شناخته شده مقایسه می کند.
تعریف مدل
زوایای مغناطیسی را فقط می توان با استفاده از رابط امواج الکترومغناطیسی تعریف کرد که بر اساس قانون فارادی هماهنگ با زمان است.
اگرچه هیچ بار مغناطیسی وجود ندارد، اما می توان جریانی از بارهای مغناطیسی را به صورت ریاضی تعریف کرد که جریان مغناطیسی نامیده می شود. این جریان وارد سمت راست قانون فارادی می شود به همان ترتیبی که جریان معمولی وارد سمت راست قانون آمپر می شود. مشابه چگالی جریان معمولی که دارای واحد A/m2 است ، چگالی جریان مغناطیسی دارای واحد V/m2 است .
بنابراین یک حلقه بسته جریان مغناطیسی دارای واحد V است و نشان دهنده یک ژنراتور ولتاژ برای سطح بسته شده توسط حلقه است. در این مثال، حلقه در اطراف یک سیم مستقیم نازک قرار دارد و به عنوان منبع ولتاژ در مرکز سیم عمل می کند. این یک آنتن دوقطبی است که توسط یک سیگنال ولتاژ در مرکز تغذیه می شود.
جریان عبوری از سیم با حلقه دیگری اندازه گیری می شود که در امتداد آن یک انتگرال خطی از فیلد H مشخص می شود.
توجه داشته باشید که این حلقه و حلقه جریان مغناطیسی باید دو حلقه متفاوت باشند.
آنتن در یک حوزه هوای کروی قرار می گیرد که توسط یک لایه کاملاً منطبق (PML) احاطه شده است که تابش آنتن را با حداقل بازتاب جذب می کند.
نتایج و بحث
آنتن دوقطبی با سیگنال ولتاژ 1 ولت تغذیه می شود و از جریان اندازه گیری شده می توان امپدانس را استخراج کرد. برگرفته از Ref. 1 ، امپدانس و ابعاد یک آنتن دوقطبی معمولی در جدول زیر نشان داده شده است. ابعاد بر حسب طول موج، λ داده شده است .
طول موج | طول | شعاع |
0.3 | 0.47 دقیقه | 0.005 لیتر |
امپدانس مدل COMSOL Multiphysics 76.00 + 15.98 i است که به خوبی با نتایج Ref مطابقت دارد. 1 .
ارجاع
1. CA Balanis، Advanced Engineering Electromagnetics ، John Wiley & Sons، 1989.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Antennas/magnetic_frill
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
lda0 | 0.3[m] | 0.3 متر | طول موج |
ل | 0.47 | 0.47 | ضریب مقیاس |
ک | 0.005 | 0.005 | ضریب مقیاس |
L | l*lda0 | 0.141 متر | طول دوقطبی |
r_wire | k*lda0 | 0.0015 متر | شعاع سیم |
f0 | 1/lda0/sqrt(epsilon0_const*mu0_const) | 9.9931E8 1/s | فرکانس |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ها ، f0 را تایپ کنید . |
هندسه 1
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست هواپیما ، yz-plane را انتخاب کنید . |
4 |  روی Show Work Plane کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، r_wire را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن yw ، -L/2 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.3 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.6 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -0.3 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن yw ، -0.3 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.3 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 2 (c2)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.2 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء c1 و c2 را انتخاب کنید. |
همچنین، می‌توانید همه اشیا را انتخاب کنید و r1 و r2 را از لیست انتخاب حذف کنید.
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط اشیاء r1 و r2 را انتخاب کنید. |
صفحه کار 1 (wp1)> بخش خط 1 (ls1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  More Primitives کلیک کنید و Line Segment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بخش خط ، بخش Starting Point را پیدا کنید . |
3 | از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Starting Point را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، 0.2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، 0.3 را تایپ کنید . |
این بخش خط مش بندی را ساده می کند.
صفحه کار 1 (wp1)> نقطه 1 (pt1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Point کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت نوشتار xw ، r_wire+0.001 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> نقطه 2 (pt2)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Point کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت نوشتار xw ، 0.01 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Build All کلیک کنید . |
چرخش 1 (rev1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Work Plane 1 (wp1) کلیک راست کرده و Revolve را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Revolve ، بخش Revolution Angles را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Angles کلیک کنید . |
4 | در قسمت نوشتار زاویه پایان ، -90 را تایپ کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Form Union (fin) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Form Union/Assembly ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
ادغام 1 (در اول)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | فقط Edge 20 را انتخاب کنید. |
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی متغیرهای  محلی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | فقط Edge 20 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت Variables را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
intcpl_source_I | 4*(emw.Hx*t1x+emw.Hy*t1y) | صبح |
متغیرهای 2
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی متغیرهای  محلی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
من | intop1(intcpl_source_I) | آ | جاری |
ز | 1/من | 1/A | امپدانس |
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه  کاملاً منطبق کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1 و 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | از لیست Type ، Spherical را انتخاب کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
رسانای مغناطیسی کامل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و Perfect Magnetic Conductor را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1، 2، 4، 5، 9 و 10 را انتخاب کنید. |
جریان مغناطیسی 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  لبه ها کلیک کنید و جریان مغناطیسی را انتخاب کنید . |
2 | فقط Edge 21 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای جریان مغناطیسی ، بخش جریان مغناطیسی را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن I m ، 1 را تایپ کنید . |
مش 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید .
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
میدان الکتریکی (emw)
نمودار پیش فرض میدان الکتریکی را بر روی برش های هندسی نشان می دهد.
میدان الکتریکی اطراف آنتن را با اصلاح این نمودار به صورت زیر مجسم کنید:
نمودار Multislice را حذف کنید.
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Field (emw) را گسترش دهید . |
2 | روی Results>Electric Field (emw)>Multislice کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . |
میدان الکتریکی (emw)
دو قطعه Slice اضافه کنید.
برش 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field (emw) کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Plane Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست هواپیما ، XY-planes را انتخاب کنید . |
4 | از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Range کلیک کنید . تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Maximum text عدد 20 را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی Manual data range را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت Maximum text عدد 20 را تایپ کنید . |
برش 2
1 | روی Electric Field (emw) کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Plane Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Slice 1 را انتخاب کنید . |
شفافیت 1
بر روی Slice 2 کلیک راست کرده و Transparency را انتخاب کنید .
میدان الکتریکی (emw)
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
2 | از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
3 | در قسمت متن عنوان ، هنجار میدان الکتریکی (V/m) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
ارزیابی جهانی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش عبارات را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ز | 1/A | امپدانس |
4 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
