 |
سیم پیچ های RF در کاربردهای متعددی از فناوری بی سیم گرفته تا تجهیزات اسکن MRI مهم هستند. این مدل آموزشی مقدماتی نشان می‌دهد که چگونه می‌توان فرکانس تشدید اساسی یک سیم‌پیچ را پیدا کرد و یک جارو فرکانس برای استخراج ضریب Q آن انجام داد.
سیم پیچ در نظر گرفته شده از دو پیچ تشکیل شده است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است . در نسخه اول مثال، از این هندسه در یافتن تشدید اساسی استفاده شده است. سیم پیچ به عنوان یک رسانای الکتریکی کامل در نظر گرفته می شود، به این معنی که شما باید معادله فرکانس ویژه امواج الکترومغناطیسی را فقط در هوای اطراف آن حل کنید. حوزه هوا یک کره به اندازه کافی بزرگ است که شرایط مرزی بیرونی آن به طور قابل توجهی روی راه حل تأثیر نمی گذارد.
در نسخه دوم مثال، یک ولتاژ پورت محرک هماهنگ با زمان بین دو سر سیم پیچ اختصاص داده شده است. این کار با اتصال آنها از طریق یک پورت توده ای انجام می شود (به پورت های توده ای با ورودی ولتاژ در راهنمای کاربر ماژول RF مراجعه کنید ). به پورت یک امپدانس کابل خارجی 50 Ω و یک ولتاژ محرک 1 ولت اختصاص داده شده است. این مدل از طریق طیف وسیعی از فرکانس های اطراف تشدید اجرا می شود.
برای اینکه امواج تولید شده با حداقل انعکاس مصنوعی از دامنه مدل خارج شوند، نسخه هدایت‌شده مثال دارای PML خارج از کره هوا است. شکل 2 هندسه مشبک را نشان می دهد.
مدل محرک سیم پیچ را از مس ساخته شده است. این تلفات سطح رسانا را با کمک یک وضعیت مرزی امپدانس محاسبه می کند (به راهنمای کاربر ماژول RF مراجعه کنید ).
شکل 2: مش استفاده شده در نسخه درایو نمونه. یک برش بریده شده و حوزه هوا نامرئی می شود تا سیم پیچ را نشان دهد.
نسخه فرکانس ویژه مثال، کمترین فرکانس ویژه را در 180 مگاهرتز پیدا می کند. به منظور تأیید اینکه کره هوا به اندازه کافی بزرگ است، این نتیجه با مرزهای بیرونی مصنوعی که ابتدا روی هادی های الکتریکی کامل و سپس هادی های مغناطیسی کامل تنظیم شده اند تأیید می شود. شکل 3 توزیع میدان های الکتریکی و مغناطیسی را در این رزونانس نشان می دهد.
شرایط پورت یکپارچه در مشکل درایو به طور خودکار امپدانس مثال را ارائه می دهد. این امپدانس ورودی کابل است. به این ترتیب مستقل از امپدانس کابل 50 Ω است . ترسیم امپدانس در برابر فرکانس به شما امکان می دهد ضریب Q دستگاه را ارزیابی کنید:
اولین ماده ای که انتخاب می کنید، در این مورد هوا، به طور پیش فرض برای همه دامنه ها اعمال می شود. این خوب است، زیرا به هر حال در مرحله بعد، فضای داخلی سیم پیچ را از مدل حذف خواهید کرد.
1 |
با حذف دامنه سیم پیچ از مدل، سطح سیم پیچ به طور پیش فرض شرایط مرزی Perfect Electric Conductor را دریافت می کند. این امر در مورد مرزهای بیرونی حوزه هوایی نیز اعمال خواهد شد.
با توجه به اینکه حوزه هوا به اندازه کافی بزرگ است، شرایط موجود در مرزهای بیرونی آن باید تأثیر محدودی بر نتیجه داشته باشد. برای بررسی این موضوع، این مدل را یک بار با شرایط رسانای الکتریکی کامل و یک بار با شرایط رسانای مغناطیسی کامل حل خواهید کرد. تفاوت بین فرکانس های ویژه به دست آمده به شما ایده ای از دقت نتایج می دهد و میانگین دو راه حل باید تخمین خوبی از مقدار واقعی باشد.
حداکثر اندازه عنصر 5 میلی متر در حوزه سیم پیچ به شما کمک می کند مش نسبتاً یکنواختی در مجاورت سیم پیچ ایجاد کنید.
به طور پیش فرض، حل کننده فرکانس ویژه شش فرکانس ویژه را برمی گرداند. با این حال، با درخواست تنها یک فرکانس ویژه، حل کننده تنها راه حل فیزیکی واقعی را در حدود 180 مگاهرتز برمی گرداند و نه راه حل های کاذب فرکانس پایین تر.
لیست فرکانس ویژه باید دارای راه حلی به ترتیب 180 مگاهرتز باشد. اگر فرکانس ویژه در لیست چیز دیگری باشد، حل کننده احتمالا یک راه حل جعلی را برگردانده است. اگر مشکوک هستید که حل کننده یک راه حل جعلی را برگردانده است، به ترسیم فیلدها و بررسی اینکه راه حل فقط دارای نویز است کمک می کند. در این صورت، محاسبات را با فرکانس های ویژه بیشتر دوباره انجام دهید و فرکانس ویژه را در حدود 180 مگاهرتز انتخاب کنید. در حال حاضر، نمودار برشی از توزیع میدان الکتریکی را برای فرکانس ویژه در حدود 180 مگاهرتز نمایش دهید.
واضح است که میدان الکتریکی بین پیچ های سیم پیچ بسیار بیشتر از هر جای دیگری است. با کمی تنظیم دامنه می توانید دید بهتری از توزیع درون سیم پیچ داشته باشید. برای بازتولید شکل 3، نمودار پیکانی از چگالی شار مغناطیسی اضافه کنید .
2 |
انتخابی که به تازگی انجام دادید، نمودار پیکانی از بخش واقعی چگالی شار مغناطیسی را به شما می دهد. از آنجایی که میدان های مغناطیسی با پتانسیل الکتریکی اعمال شده توسط پورت 90 درجه خارج از فاز هستند، این به صفر می رسد. عبارات را به صورت دستی تنظیم کنید تا به جای آن به قسمت خیالی نگاه کنید.
6 |
فرکانس ویژه بنیادی اکنون کمی کمتر از قبل است. تفاوت به قدری کوچک است که خطای عددی ناشی از مش محدود به احتمال زیاد بیشتر از خطای سیستماتیک ناشی از شرایط مرزی بیرونی است.
در مسئله رانده، نه تنها فرکانس تشدید، بلکه تلفات تشعشع نیز مهم هستند. اگر اندازه هندسه به اندازه طول موج باشد، اینها بهتر به تصویر کشیده می شوند. از آنجایی که آنالیز هدایت‌شده از یک حل‌کننده تکراری بسیار کارآمد در حافظه استفاده می‌کند، می‌توانید اندازه کره را کمی افزایش دهید.
نسخه محرک مدل از یک شرط مرزی امپدانس برای در نظر گرفتن تلفات هدایت در سیم پیچ استفاده می کند. انتخابی را برای تسهیل این فرآیند تعریف کنید.
در حالی که شرط Perfect Electric Conductor در مرزهای بیرونی پیش‌فرض است، در صورت نیاز باید آن را به صورت دستی در مرزهای داخلی اعمال کنید.
هنگام تنظیم مش برای مشکل درایو، مطمئن شوید که یک مش ریز در مرز پورت به دست آورده اید. PML زمانی که با یک مش جاروب مش بندی شده باشد بهترین عملکرد را دارد.
اگر در نمای سیستم مختصات پیش‌فرض هستید، دامنه 2 دامنه PML است که مستقیماً در مقابل شما قرار دارد، اما هر یک از دامنه‌های بیرونی این کار را انجام خواهد داد.
3 |
این به شما طیف وسیعی از فرکانس‌ها را می‌دهد که از 173 مگاهرتز شروع می‌شوند و به 175.2 مگاهرتز ختم می‌شوند، با یک راه حل در هر 0.01 مگاهرتز.
یک منحنی ارزش اسکالر که به آرامی متغیر است برای عبارات AWE به خوبی کار می کند. برای این مدل کویل از abs(comp1.emw.Zport_1) استفاده 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 تنها راه‌حل‌های مرزهای پورت ذخیره می‌شوند.
5 |
از آنجایی که نتایج فقط در مرزهای پورت یکپارچه ذخیره می‌شوند، این نمودار نرم‌افزار پیش‌فرض E-field اطلاعات مفیدی ارائه نمی‌دهد.
پیک امپدانس نشان می‌دهد که مشکل رانده شده، رزونانس آن کمی به پایین، تقریباً 174 مگاهرتز تغییر کرده است. نمودار بازتولید شده را با نمودار 4 مقایسه کنید ، که از آن می توانید ضریب Q را ارزیابی کنید.
