CST SAM多物理場濾波器仿真實例 - 發(fā)夾濾波器仿真
本期我們介紹SAM多物理場仿真的流程，以一個發(fā)夾濾波器為例，演示完整的多物理場仿真。
什么是多物理場仿真
電磁學與其他物理場有著緊密的聯(lián)系，包括力學和熱力學。因此，從電機和發(fā)電機到電磁爐和微波爐，多物理場分析成為眾多不同組件設計的必需。在許多情況下，電效應和磁效應難以與熱效應和機械效應分開，例如，大功率濾波器在使用時會發(fā)熱，這樣會導致濾波器產(chǎn)生熱形變從而影響濾波性能。
為計算這些錯綜復雜的熱效應和力效應， CST工作室套裝提供穩(wěn)態(tài)熱求解器、瞬態(tài)熱求解器、共軛熱傳遞(CHT)求解器和結構應力求解器。這些多物理場求解器與電磁求解器緊密配合，并且使用系統(tǒng)裝配和建模(SAM)架構即能自動設置仿真。通過SAM，計算出的溫度分布和形變能傳遞回電磁仿真，供開展敏感度分析，也能進行收斂性分析，用于計算包含電磁-熱反饋回路的器件的穩(wěn)態(tài)解。
為支持多物理場仿真，CST工作室套裝支持一系列非線性和溫變材料。對MRI和RF透熱療法等生物學應用，身體組織的獨特熱屬性，如隨身體溫度變化的血流的冷卻效應，可能會給體內溫度造成嚴重影響。包括生物熱傳導方程在內的熱求解器能對安裝到人體內的裝置開展真實仿真。此外，共軛熱傳遞(CHT)求解器還具備計算流體動力學的功能，能仿真流經(jīng)器件的空氣流，以便為電子器件的散熱進行建模。與SIMULIA(R)的鏈接，進一步增強和拓寬了CST的多物理場應用。
濾波器多物理場仿真實例
這里我們先創(chuàng)建一個微帶線發(fā)夾濾波器模型，如下圖所示：
必須注意的是，因為是多物理場仿真，所有的材料除了設置常規(guī)的電參數(shù)以為都要選擇合適的熱和結構參數(shù)，如下圖所示：
包括背景材料的空氣也要由真空改成空氣，如下圖所示：
設置完材料后，點擊Schmatic頁面如下圖所示：
在CST的設計工作室中開始進行多物理場流程的創(chuàng)建。
STEP1 創(chuàng)建電磁仿真任務：
如上圖選擇設置第一個電磁場仿真的任務，點擊確定，設置完成后會在左側導航欄多task下多了一個仿真任務EM_simulation，如下圖所示：
我們雙擊上圖的EM_simulation圖標，進行電磁仿真的設置，由于我們后面要進行多物理場的計算，所以我們需要設置一個powerloss監(jiān)視器，如下圖所示：
然后我們直接完成濾波器的電磁仿真得到濾波器的S參數(shù)和loss場分布，這里我們用F（有限元）求解器進行仿真，如下圖所示：
得到的電磁仿真結果如下：
損耗場分布如下：
為了進行下一步的熱損耗計算，需要進行熱損耗設置，如下圖所示：
這樣就完成了第一步的電磁仿真工作。
STEP2 創(chuàng)建熱仿真任務：
設置熱源，為上一步電磁計算得到的損耗，如下圖所示：
上圖中，我們選擇熱源來自電磁仿真的熱損耗，并將功耗放大了10倍。直接開始仿真如下圖所示：
仿真完成后，得到熱分布如下圖所示：
STEP3 創(chuàng)建結構仿真任務：
如同前兩部我們再創(chuàng)建第三個子仿真任務，如下圖所示：
仿真完后點擊下圖Displacement，顯示形變，并把顯示放大20倍，如下圖所示：
夸大之后的形變如下圖所示：
STEP4 創(chuàng)建電磁敏感性分析仿真任務：
然后再一次運行軟件，比較熱變形之后的濾波器結果，與初始結果進行對比，如下圖所示：
就這樣，一個完整的多物理場流程就介紹完了。我們來看一下SAM流程的所有的task的情況，如下圖所示：
除此之外還可以導出結構形變后的網(wǎng)格，再導入到三維模型中進行仿真。首先我們將形變的結構選中，再導出Mesh(STL)文件，如下圖所示：
重新打開一個電磁仿真任務，如下圖方式導入STL網(wǎng)格。
上圖的模型已經(jīng)是形變之后的結構了，用新導入的網(wǎng)格結構替換原來的結構模型部分，重新進行一次仿真，就完成了更精確的形變前后的對比。兩種分析的區(qū)別就在于前者適合微小的敏感性分析，后者更適合比較大的形變。到這里，我們的本期的多物理場仿真流程就結束了。
