電磁界規範問題および市販シミュレータのファイル例

2021/3/1 by T. Hirano

このページでは、電磁界解析規範問題と、その解析をするための市販シミュレータのファイルを紹介します。下記の参考リンクの1の文献の確認に使用してください。

※ 本ページの電磁界シミュレータCOMSOL Multiphysicsに関するお問い合わせは計測エンジニアリングシステム株式会社(KESCO)にお願いいたします。
※ COMSOL Multiphysicsのアプリケーション・ビルダー・コンパイラで作成したEXEファイルはWindowsで実行可能です。初回の起動時のみ、EXEファイルに入っているライブラリがインストールされます。COMSOLの.mphファイルは、該当するVersionのCOMSOLを保有した方のみ使用可能です。 新しいVersionで古いVersionのファイルは読み込めますが、逆はできません。

導波路の規範問題

問題の種類 各シミュレータのファイル
方形導波管
(直流・低周波しか扱ったことがない人には難しいが、解析的に解が求まる最も簡単な良い規範問題)
COMSOL (Ver. 5.2a)
rect_wg_port_rect.mph
rect_wg_port_num.mph
rect_wg_port_num_multimode.mph

comsol_rect_wg_port_rect.pdf (説明)
comsol_rect_wg_port_num.pdf (説明)
同軸線路
(直流から伝送可能。ただし、高次モードもあるので、高次モードのカットオフ周波数まで安定動作する)
COMSOL (Ver. 5.3)
coax_tem.mph
coax_highter_order.mph

comsol_coaxial_cable.pdf (説明)
マイクロストリップ線路
Microstrip Line (MSL)

εr=4.5, tanδ=0.04
h=1.57 mm, t=0.001 mm, w=3 mm
MSLの近似設計

COMSOL (Ver. 5.3)
msl_pec_port.mph
msl_pec_port_tem.mph
msl_port.mph
msl_port2.mph

msl_pec_port_corner.mph (コーナー)
msl_pec_port_couple.mph (結合線路)

comsol_msl_port.pdf (説明)

COMSOL (Ver. 5.5)
電磁界シミュレーションでは集中ポートを使っても精度は十分です。
msl_pec_lump_port2.mph
msl_pec_lump_port2.zip (補足説明1)

グランドにスリットがあると放射してしまいます。高周波では気を付ける必要があります。
msl_pec_lump_port2_slit.mph
msl_pec_lump_port2_slit.zip (補足説明1)

3次元構造の規範問題

問題の種類 各シミュレータのファイル
完全導体球
(IEICE EST研 HPヘ)
COMSOL (Ver. 5.2a)
(次の3つのファイルは解析対象は同じだが、吸収境界条件のモデル化が異なる)
pec_sphere_abc_cube.mph
pec_sphere_abc_sphere.mph
pec_sphere_pml.mph


以下、COMSOL (Ver. 5.5)
pec_sphere_app.mph (2MB)
pec_sphere.zip (8.7MB) (ページ下の「補足説明1」)
誘電体球
(IEICE EST研 HPヘ)
  COMSOL (Ver. 5.3)
dielectric_sphere.mph

comsol_dielectric_sphere.pdf (説明)

以下、COMSOL (Ver. 5.5)
dielectric_sphere_app.mph (2MB)
dielectric_sphere.zip (8.7MB) (ページ下の「補足説明1」)
ダイポールアンテナ
(IEICE EST研 HPヘ)

(COMSOLシミュレーションアプリで実行した画像(右のリンクからダウンロード可能です)
COMSOL (Ver. 5.3a)
dipole_antenna_cubic_abc.mph (1.2MB)
comsol_dipole_antenna.pdf (説明)

以下、COMSOL (Ver. 5.5)
COMSOL Multiphysics (Ver. 5.5)によるダイポールアンテナ解析の説明動画

dipole_antenna_app.mph (2.4MB)
dipole_antenna.zip (811MB) (このZIPファイルにはCOMSOL Application Builder Compilerで作成した単独で実行可能なWindows用EXEファイルと初期設定説明のreadme.pdfが入っています。)
導波管スロットアンテナ
(IEICE EST研 HPヘ)
COMSOL (Ver. 5.2a)
wg_slot_antenna.mph

comsol_wg_slot_antenna.pdf (説明)

実用的な問題

問題の種類 各シミュレータのファイル
MSLコーナー
直角コーナー、切込みコーナー、円弧コーナー、45°コーナー

高周波電磁界は低周波と違い、導体で繋げば信号が通るという単純なものではありません。伝送線路理論で特性の良い伝送線路を設計しますが、それでもコーナー部は伝送線路理論で考慮されないので、放射や反射などの特性劣化が起こるかもしれず、厳密には電磁界問題として解かなければなりません。上の4つのタイプでどれがいいか、使用周波数で十分な特性かどうかは電磁界シミュレーションするのが近道です。右のCOMSOLアプリを活用してみてください。
以下、COMSOL (Ver. 5.5)
msl_corner_rect.mph
msl_corner_rect.zip (ページ下の「補足説明1」)

msl_corner_cut.mph
msl_corner_cut.zip (ページ下の「補足説明1」)

msl_corner_circ.mph
msl_corner_circ.zip (ページ下の「補足説明1」)

msl_corner_45deg.mph
msl_corner_45deg.zip (ページ下の「補足説明1」)
MSL with a Slit on GND 以下、COMSOL (Ver. 5.5)
msl_pec_lump_port2_slit.mph
msl_pec_lump_port2_slit.zip (ページ下の「補足説明1」)
MSL Power Divider 以下、COMSOL (Ver. 5.5)
msl_divider.mph
msl_divider.zip (ページ下の「補足説明1」)
Patch Antenna
(Lumped Port Feed)
以下、COMSOL (Ver. 5.5)
patch_lump_port.mph
patch_lump_port.zip (ページ下の「補足説明1」)
Patch Antenna
(MSL Feed)
以下、COMSOL (Ver. 5.5)
patch_msl_feed.mph
patch_msl_feed.zip (ページ下の「補足説明1」)

補足説明

 補足説明1 ZIPファイルにはCOMSOL Application Builder Compilerで作成した実行可能なWindows用EXEファイルが入っています。必要ライブラリのダウンロードは開始されますが、ダイポールアンテナのEXEファイルには含まれていますので、先にダイポールアンテナのEXEファイルを実行すればライブラリはインストールされます。

関連リンク

  1. 平野拓一, 有限要素法による電磁界シミュレーション −マイクロ波回路・アンテナ設計・EMC対策−, ISBN:9784764960121, 近代科学社, 2020年9月. (理論および詳細説明はこの本をご覧ください)
  2. 電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会規範問題
  3. マイクロウェーブ展(MWE)
  4. 計測エンジニアリングシステム株式会社(KESCO)

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