 |
قابلیت تنظیم فیلتر حفره حالت اواسط با استفاده از محرک پیزو
معرفی
با افزودن ساختاری در داخل حفره، می‌توان یک فیلتر حفره‌ای در حالت ناپایدار ایجاد کرد. این ساختار فرکانس تشدید را زیر فرکانس حالت غالب حفره پر نشده تغییر می دهد. یک محرک پیزو برای کنترل اندازه یک شکاف هوایی کوچک استفاده می شود که قابلیت تنظیم فرکانس تشدید را فراهم می کند.
شکل 1: یک فیلتر حفره حالت ناپایدار قابل تنظیم از یک حفره مستطیلی با یک پست فلزی، یک دیسک محرک پیزو و خطوط میکرو نواری متصل به شکاف تشکیل شده است. یک شکاف کوچک بین بالای پست و سمت پایین محرک پیزو وجود دارد. قسمت جلویی دیواره حفره برای اهداف تجسم برداشته می شود.
توجه: علاوه بر ماژول RF، این مثال به یکی از ماژول های آکوستیک، ماژول MEMS یا ماژول مکانیک سازه نیاز دارد.
تعریف مدل
این مثال از یک فیلتر حفره ای مستطیلی شروع می شود که فرکانس های تشدید آن توسط
که در آن a و b ابعاد دیافراگم موجبر و d طول حفره موجبر است. در این مثال، عرض، ارتفاع و طول حفره به ترتیب a = 100 mm، b = 50 mm و d = 50 mm است. فرکانس تشدید حاصل از حالت غالب، TE 101 ، 3.354 گیگاهرتز است.
با افزودن یک پست فلزی و ایجاد راکتانس در داخل حفره می توان فرکانس تشدید را کاهش داد. حفره پر از هوا است و ارتفاع پست کمی کوچکتر از b است که شکاف کوچکی بین بالای پست و حفره ای که میدان های الکتریکی محدود شده است ایجاد می کند. دو عدد 50 Ω کوتاه شده استخطوط microstrip روی یک بستر دی الکتریک، که توسط یک پورت توده ای تغذیه می شود، به داخل حفره متصل می شوند. ابعاد و مکان شکاف ها را می توان برای بهبود خواص تطبیق ورودی و انتقال توان بین پورت های ورودی و خروجی تنظیم کرد. جعبه هوا در اطراف خطوط میکرواستریپ توسط یک شرایط مرزی پراکنده محصور شده است که فضای بی نهایت هوا را نشان می دهد. یک دیافراگم دایره ای در بالای حفره با یک محرک پیزو بسته شده است و سطح پایین دیسک با لایه ای از یک ماده بسیار رسانا با ضخامت چندین عمق پوست تکمیل شده است.
تمام قطعات فلزی – دیوارهای حفره، پست، سطوح زمین بستر، خطوط میکرو نوار و سطح زیرین دستگاه پیزو – را به عنوان رسانای الکتریکی کامل (PEC) مدل کنید. ماده برای محرک پیزو، تیتانات زیرکونات سرب (PZT-5H) است. z قطبی شده است و عمدتاً انحراف جهت z دستگاه را ایجاد می کند.
مدل را با استفاده از یک شبکه چهار وجهی با تقریباً پنج عنصر در هر طول موج در هر ماده در بالاترین فرکانس شبیه سازی مش کنید. هنگامی که دستگاه پیزو به دلیل بایاس ورودی تغییر شکل می دهد، رابط مش متحرک برای تغییر شکل مش برای فیزیک امواج الکترومغناطیسی استفاده می شود.
نتایج و بحث
پتانسیل 300 + ولت در سراسر محرک پیزو اعمال می شود که باعث می شود دستگاه 90 میکرو متر به سمت پایین منحرف شود. شکل 2 را ببینید . این باعث می شود راکتانس قوی تر شود و فرکانس تشدید را کمتر از حالت بایاس منفی تغییر دهد. شکل 3 هنجار میدان الکتریکی را در رزونانس ترسیم می کند. در مرکز حفره و همچنین در شکاف بین بالای پست و پایین دستگاه پیزو، میدان های الکتریکی قوی مشاهده می شود.
شکل 2: این نمودار کل جابجایی پیزو را هنگام اعمال ولتاژ 300 بر روی محرک نشان می دهد. تجسم برای تأکید بر انحراف اغراق آمیز است.
پارامترهای S رسم شده در شکل 4 اثر انحراف دستگاه پیزو را بر فرکانس تشدید فیلتر نشان می دهد. محدوده فرکانس قابل تنظیم این مثال ~40 مگاهرتز است. این محدوده را می توان با انتخاب های مختلف اندازه دیسک پیزو و ولتاژ بایاس ورودی تنظیم کرد.
شکل 3: حالت غالب در داخل حفره از نمودار توزیع میدان الکتریکی مشاهده می شود.
شکل 4: انحراف دستگاه پیزو که توسط بایاس ورودی کنترل می شود می تواند فرکانس تشدید فیلتر را تغییر دهد.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
این مثال از رابط چندفیزیکی داخلی پیزوالکتریک استفاده می کند که رابط های مکانیک جامد و الکترواستاتیک را از طریق گره اثر پیزوالکتریک واقع در زیر شاخه Multiphysics جفت می کند. دیگر رابط های فیزیکی مورد استفاده عبارتند از: متحرک مش و امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس. یک مطالعه ثابت برای رابط های مکانیک جامد، الکترواستاتیک و مش متحرک، و مطالعه دامنه فرکانس برای رابط امواج الکترومغناطیسی استفاده می شود.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Filters/tunable_cavity_filter
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 Select Physics ، Structural Mechanics>Electromagnetics-Structure Interaction>Piezoelectricity>Piezoelectricity, Solid را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
7 | در درخت Select Study ، Empty Study را انتخاب کنید . |
8 |  روی Done کلیک کنید . |
مطالعه 1
ثابت
در نوار ابزار مطالعه ، روی Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .
Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .دامنه بسامد
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Frequency Domain>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، محدوده (3[GHz],2.5[MHz],3.06[GHz]) را تایپ کنید . |
هندسه 1
هندسه مدل به عنوان یک دنباله هندسی پارامتری در یک فایل MPH جداگانه در دسترس است. اگر می‌خواهید آن را از ابتدا بسازید، دستورالعمل‌های بخش ضمیمه: دستورالعمل‌های مدلسازی هندسه را دنبال کنید . در غیر این صورت با مراحل زیر آن را از فایل بارگیری کنید.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل tunable_cavity_filter_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
پارامترهایی را اضافه کنید که مربوط به هندسه نیستند.
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 |
V0 | 300 [V] | 300 ولت | بایاس محرک پیزو |
در اینجا، c_const یک ثابت COMSOL از پیش تعریف شده برای سرعت نور در خلاء است.
تعاریف
مجموعه ای از انتخاب ها را برای استفاده در هنگام تنظیم فیزیک ایجاد کنید. ابتدا یک انتخاب برای خط تغذیه میکرواستریپ ایجاد کنید.
خط خوراک
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، خط خوراک را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 17، 22، 47 و 50 را انتخاب کنید.  |
انتخابی برای زمین اضافه کنید.
زمین
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label ، Ground را تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 6، 16، 28، 39 و 53 را انتخاب کنید.  |
انتخابی برای زیرلایه اضافه کنید.
لایه
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Substrate را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 2، 4، 6 و 8 را انتخاب کنید.  |
انتخابی برای دیسک محرک پیزو اضافه کنید.
محرک پیزو
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Piezo actuator را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید.  |
انتخابی برای لبه های ثابت دیسک پیزو اضافه کنید.
لبه های ثابت پیزو
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Piezo fixed edges را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | فقط لبه های 50، 51، 63 و 66 را انتخاب کنید.  |
انتخابی برای مرزهای باز دامنه RF اضافه کنید.
باز کردن مرزها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Open boundaries را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 4، 5، 7، 8، 10، 12، 13، 23، 25، 37، 38، 40، 41، 43–45، 56 و 57 را انتخاب کنید.  |
Moving Mesh را راه اندازی کنید. از آنجایی که نواحی زیرلایه و هوای بالایی مناطق بدون انحراف هستند، آنها را در نظر نگیرید.
جزء 1 (COMP1)
تغییر شکل دامنه 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Moving Mesh کلیک کنید و Domains>Deforming Domain را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید.  |
جابجایی مش تجویز شده 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Moving Mesh کلیک کنید و Boundaries> Prescribed Mesh Displacement را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 28 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی مش تجویز شده ، قسمت جابجایی مش تجویز شده را پیدا کنید . |
4 | بردار dx را به صورت مشخص کنید |
تو | ایکس |
v | Y |
w | ز |
قبل از تعریف مواد، دامنه هایی را برای هر فیزیک مشخص کنید.
مکانیک جامدات (جامدات)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid Mechanics ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Piezo actuator را انتخاب کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Piezo actuator را انتخاب کنید . |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-4 و 6-8 را انتخاب کنید.  |
خصوصیات مواد را اختصاص دهید. از سه ماده برای این مدل استفاده کنید: PZT-5H، هوا و یک بستر تعریف شده توسط کاربر.
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، Piezoelectric>Lead Zirconate Titanate (PZT-5H) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Piezo actuator را انتخاب کنید . |
آب (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Air (mat2) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1، 3 و 7 را انتخاب کنید.  |
مواد 3 (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Substrate را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 3.38 | 1 | پایه ای |
نفوذپذیری نسبی | mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 0 | S/m | پایه ای |
مکانیک جامدات (جامدات)
اکنون، محدودیت های فیزیک را تنظیم کنید. با فرض اینکه لبه پایینی قسمت محرک پیزو به همان اندازه دیافراگم دایره ای بالای حفره متصل است و هیچ انحرافی انتظار نمی رود شروع کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Edges کلیک کنید و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای محدودیت ثابت ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Piezo fixed edges را انتخاب کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
در مرحله بعد، قیود Electrostatics را تعریف کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 29 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Electric Potential ، قسمت Electric Potential را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، -V0 را تایپ کنید .  |
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای زمین ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Ground را انتخاب کنید . |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک کنید .
هادی الکتریکی کامل 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Perfect Electric Conductor ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خط خوراک را انتخاب کنید . |
هادی الکتریکی کامل 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Perfect Electric Conductor ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Ground را انتخاب کنید . |
شرایط مرزی پراکندگی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Scattering Boundary Condition را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شرایط مرزی Scattering ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، Open boundaries را انتخاب کنید . |
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 14 را انتخاب کنید. |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
پورت 2 جمع شده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط Boundary 54 را انتخاب کنید.  |
مش 1
حداکثر و حداقل اندازه عنصر را به صورت دستی روی محرک پیزو تنظیم کنید تا هزینه حافظه اجرای مطالعه را بدون کاهش دقت کاهش دهید. سپس، از مش جاروب برای محرک پیزو استفاده کنید تا تغییر شکل ساختاری را به طور موثرتری مدیریت کند.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، بخش Sequence Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست، مش کنترل شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن حداکثر اندازه عنصر ، 10 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Minimum size element ، 1 را تایپ کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 1-4 و 6-8 را انتخاب کنید. |
همه دامنه ها به جز محرک پیزو را انتخاب کنید.
جارو 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Swept کلیک کنید .
Swept کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of element ، 2 را تایپ کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
جارو پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V0 (بایاس محرک پیزو) | -300300 | V |
مرحله 2: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 2: Frequency Domain کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای دامنه فرکانس ، قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادرهای حل برای مکانیک جامد ( جامد) ، الکترواستاتیک (es) و مش متحرک (جزء 1) را پاک کنید . |
4 | در جدول، کادر حل برای اثر پیزوالکتریک 1 (pze1) را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
جابه جایی
نمودار تنش پیش فرض را با نمودار جابجایی جایگزین کنید.
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Displacement را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Displacement را گسترش دهید ، سپس بر روی Volume 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Displacement>solid.disp – Displacement magnitude – m را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Displacement ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
این نمودار دیسک محرک پیزو منحرف شده را نشان می دهد. با شکل 2 مقایسه کنید .
پتانسیل الکتریکی (ها)
پتانسیل الکتریکی داخل دیسک محرک پیزو
میدان الکتریکی (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (گیگاهرتز)) ، 3.0075 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Multislice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، برای گسترش بخش Range کلیک کنید . |
3 | تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت Maximum text، 1000 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار حاصل میدان های الکتریکی قوی ناشی از تشدید غالب در مرکز حفره و همچنین در شکاف بین پست فلزی و سقف حفره را نشان می دهد. نمودار را با نمودار نشان داده شده در شکل 3 مقایسه کنید .
پارامتر S (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>S-parameter (emw) را گسترش دهید ، سپس روی S-parameter (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، قسمت Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست Position ، Lower middle را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | از فهرست داده های منبع محور ، فرکانس را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار S-parameter (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
پارامترهای S رسم شده، تغییر فرکانس را به عنوان تابعی از بایاس ورودی در محرک پیزو نشان می دهد. با شکل 4 مقایسه کنید .
طرح اسمیت (emw)
همان مدل را با وضوح فرکانس بسیار ظریف‌تر با استفاده از یک جابجایی فرکانس تطبیقی بر اساس ارزیابی شکل موج مجانبی (AWE) تحلیل کنید. هنگامی که یک دستگاه پاسخ فرکانس متفاوتی را ارائه می دهد، AWE زمان حل سریع تری را هنگام اجرای شبیه سازی در بسیاری از نقاط فرکانس ارائه می دهد. مثال زیر با AWE را می توان 10 برابر سریعتر از جاروهای معمولی دامنه فرکانس با وضوح فرکانس مشابه محاسبه کرد.
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
پورت انجماد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Smith Plot (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Component 1 (comp1)> Electromagnetic Waves, Frequency Domain (emw)> Lumped Port 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Lumped Port ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name، Port 1 Lumped را تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
پورت 2 جمع شده
1 | در پنجره Model Builder ، روی Lumped Port 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Lumped Port ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name، Port 2 Lumped را تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت Select Study ، Empty Study را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
1 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
جارو پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V0 (بایاس محرک پیزو) | -300 300 | V |
ثابت
در نوار ابزار مطالعه ، روی Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .
Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .جاروی فرکانس تطبیقی
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی مراحل  مطالعه کلیک کنید و دامنه فرکانس > جابجایی فرکانس تطبیقی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی فرکانس تطبیقی ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، محدوده (3[GHz],0.25[MHz],3.06[GHz]) را تایپ کنید . |
از وضوح فرکانس 10 برابر بهتر استفاده کنید.
یک منحنی ارزش اسکالر که به آرامی متغیر است برای عبارات AWE به خوبی کار می کند. وقتی نوع بیان AWE روی Physics کنترل شده در تنظیمات مطالعه جابجایی فرکانس تطبیقی تنظیم می‌شود ، abs(comp1.emw.S21) به‌طور خودکار برای دستگاه‌های دو پورت استفاده می‌شود.
4 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 0.001 را تایپ کنید . |
برای دریافت نتایج دقیق تر، از مقدار کمتری برای تحمل نسبی استفاده کنید.
5 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل برای مکانیک جامد ( جامد) ، الکترواستاتیک (es) و مش متحرک (جزء 1) را پاک کنید . |
6 | در جدول، کادر حل برای اثر پیزوالکتریک 1 (pze1) را پاک کنید . |
از آنجایی که چنین مرحله فرکانس خوبی راه حلی با حافظه فشرده ایجاد می کند، اندازه فایل مدل با ذخیره شدن به شدت افزایش می یابد. زمانی که فقط پاسخ فرکانسی متغیرهای مربوط به پورت مورد توجه است، لازم نیست همه راه حل های میدانی ذخیره شوند. با انتخاب کادرهای ذخیره در خروجی در Values of Dependent Variablesبخش، ما می توانیم بخشی از مدل را که راه حل محاسبه شده در آن ذخیره می شود، کنترل کنیم. ما فقط انتخابی حاوی این مرزها را در جایی که متغیرهای پورت محاسبه می‌شوند، اضافه می‌کنیم. اندازه پورت یکپارچه معمولاً در مقایسه با کل دامنه مدلسازی بسیار کوچک است و اندازه فایل ذخیره‌شده با مرحله فرکانس خوب کم و بیش اندازه مدل جاروب فرکانس گسسته معمولی است، زمانی که فقط راه‌حل‌های مرزهای پورت یکپارچه ذخیره می‌شوند.
7 | قسمت Values of Dependent Variables را پیدا کنید . فیلدهای Store را در زیربخش خروجی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، برای انتخاب ها را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت Selections ، روی  افزودن کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها ، پورت 1 و پورت 2 را انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
برای محاسبه پارامترهای S لازم است که مرزهای پورت یکپارچه نیز لحاظ شود. با انتخاب تنها مرزهای پورت یکپارچه برای فیلدهای Store در تنظیمات خروجی، می توان حجم فایل مدل را بسیار کاهش داد.
11 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
پارامتر S (emw) 1
در پنجره Model Builder ، روی S-parameter (emw) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره S-parameter (emw) 1 را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
emw.S11dB | 1 | S11 Sweep منظم |
emw. S21dB | 1 | S21 Sweep منظم |
4 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
جهانی 2
1 | روی Results>S-parameter (emw) 1>Global 1 راست کلیک کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ها ، مطالعه 2/ راه حل های پارامتریک 2 (sol8) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
emw.S11dB | 1 | جابجایی فرکانس تطبیقی S11 |
emw. S21dB | 1 | جابجایی فرکانس تطبیقی S21 |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار S-parameter (emw) 1 ، روی  Plot کلیک کنید . |
ساده سازی چند تکه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Electric Potential (es) را گسترش دهید ، سپس روی Streamline Multislice 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline Multislice ، بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Separating distance ، 0.005 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Potential (es) ، روی  Plot کلیک کنید . |
ساده سازی چند تکه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Electric Field Norm (es) را گسترش دهید ، سپس روی Streamline Multislice 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline Multislice ، بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Separating distance ، 0.005 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field Norm (es) ، روی  Plot کلیک کنید . |
ضمیمه: دستورالعمل مدلسازی هندسه
افزودن کامپوننت
در نوار ابزار Home ، روی Add Component کلیک کنید و 3D را انتخاب کنید .
Add Component کلیک کنید و 3D را انتخاب کنید .تعاریف جهانی
بارگذاری پارامترهای هندسی از یک فایل
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 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل tunable_cavity_filter_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
ابتدا یک بلوک برای حفره ایجاد کنید.
حفره
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، Cavity را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width عدد 100 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 50 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 50 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
یک بلوک بستر اضافه کنید.
لایه
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، Substrate را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width عدد 25 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 50 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، ضخامت را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن x ، -37.5 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 25+thickness/2 را تایپ کنید . |
یک بلوک برای دامنه هوا اضافه کنید.
بلوک هوا
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، Air block را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width عدد 25 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 50 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 10 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن x ، -37.5 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 30 را تایپ کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
10 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
یک بلوک برای تغذیه خط میکرواستریپ اضافه کنید.
خط خوراک
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، Feed_line را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width ، l_feed+w_slot را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text 3.2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، ضخامت را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن x ، -x_slot-l_feed/2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 25+thickness/2 را تایپ کنید . |
یک صفحه کاری اضافه کنید که در آن یک شکاف بکشید.
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 | در قسمت متن مختصات z ، 25 را تایپ کنید . |
4 |  روی Show Work Plane کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
یک مستطیل برای شکاف اضافه 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 ، w_slot را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، l_slot را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت نوشتار xw ، -x_slot را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
با انعکاس برخی از هندسه ها، دومین خط ریز نوار جفت شده با شکاف را ایجاد کنید.
آینه 1 (mir1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Transforms>Mirror را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء blk2 ، blk3 ، blk4 و wp1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 | بخش بردار عادی به صفحه بازتاب را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 1 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 0 را تایپ کنید . |
7 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
یک بلوک برای ستون فلزی در وسط حفره اضافه کنید.
پست
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، در قسمت Label text Post را تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width عدد 15 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 15 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 50-gap_post را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -7.5 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -7.5 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، -25 را تایپ کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
یک سیلندر برای دیسک محرک پیزو اضافه کنید.
محرک پیزو
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Piezo actuator را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 21 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 25 را تایپ کنید . |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
داخل پست فلزی بخشی از حوزه مدلسازی نیست. بنابراین، آن را از حفره کم کنید.
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی blk1 را انتخاب 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 شی blk5 را انتخاب کنید. |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
