COMSOL鸟笼线圈的一些问答?

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要求一个鸟笼线圈的反射系数的曲线应该怎么进行参数设置,扫描和求解器配置
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Hertz Ho

鸟笼线圈的S11曲线调试啊,这活儿我年轻时在医疗部干过不少。先说关键步骤,再给你挖几个坑——


参数设置三板斧:

  1. 几何建模:别用实体单元直接建线圈,先用"工作平面"画导条和端环的二维草图,再通过"旋转"或"拉伸"生成三维结构。导条间距得按λ/4规则来,但实际得扫参数。记得把支撑结构(比如PCB板)设成完美电导体(PEC)边界,除非你要做介质加载。
  2. 材料赋值:铜导条的电导率别用默认值,手动输入5.8e7 S/m。重点在端环电容——用"表面电荷"物理场在接缝处加集总电容,电容值C=εA/d公式里的A和d得设成参数,后面扫描用。
  3. 端口激励:必须用"集总端口"而不是波导端口,位置选在馈电导条的末端。模式选TEM波,但得在"端口标准化"里勾上"使用用户定义的阻抗",填50欧姆。这里有个坑——如果S11曲线全在史密斯圆图外圈转,说明端口阻抗没和线圈特征阻抗匹配。

扫描配置套路:

  • 频率扫描:在"研究"里新建"参数化扫描",变量选频率,范围从f0-50%到f0+50%(f0是理论谐振频点)。但别用线性扫描,改选"对数"分布,步长设为f0/100。要是出现多个谐振峰,说明模式耦合了,得回去检查导条间距。
  • 参数耦合:把电容C和导条长度L设为耦合参数,在"研究步骤"里同时扫描。这时候求解器会先扫C,再扫L,最后扫频率,三维曲面图能直接看出匹配点。但计算量会爆炸,建议先用"辅助扫描"做单变量预研。

求解器暗门:

  1. 频域求解器:必须用"全耦合"分析,别偷懒用"频域静态"。在"求解器配置"里把"相对容差"从1e-3改到1e-6,特别是谐振峰附近。要是收敛困难,在"因变量缩放"里给电场E加权因子0.1。
  2. 边界模式分析:在"研究"里先跑个"特征频率"分析,找前三个模式。如果基模不是TE11-like模式,说明结构对称性被破坏了,检查导条是否等间距分布。
  3. 自适应网格:在"网格"里启用"物理场控制网格",但要把"最小单元大小"设为λ/20(λ是最低频对应的波长)。在导条边缘和端环接缝处加"边界层网格",层数设为3,拉伸因子1.2。

后处理绝活:

  • S11曲线别直接看S参数,用"表达式"节点写公式:S11_dB=20*log10(abs(ewfd.S11))。然后在"结果"里画"线图",X轴选频率,Y轴选S11_dB。要是曲线毛刺多,在"数据集"里启用"空间滤波",核函数选高斯,半径设为λ/10。
  • 想看阻抗匹配点?在"全局计算"里新建表达式:Zin=ewfd.V_port/ewfd.I_port。然后画Zin的实部虚部图,与50欧姆线的交点就是匹配点。

现在问你三个要命的问题:

  1. 你算S11时是否考虑了线圈的辐射损耗?如果导条末端没加吸收边界,反射系数会有虚假凹陷。
  2. 支撑结构的介电常数实测过吗?环氧树脂板在GHz频段的损耗角正切能到0.02,会严重影响Q值。
  3. 端口馈电点的位置是否避开了电流节点?用"表面电流"后处理看看,如果馈电点在电流零点,S11永远下不去-10dB。


5月11日
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