COMSOL Multiphysics® 5.4 Release Highlights


Wave Optics Module Updates

Wave Optics 모듈 사용자를 위해 COMSOL Multiphysics® 5.4버전은 얇은 유전층, 비반사 코팅, 거울과 같은 면을 모델링 하기 위해 Electromagnetic Waves, Beam Envelopes인터페이스에 추가적인 경계조건을 제공합니다. Wave Optics 모듈의 개선사항에 대한 자세한 내용은 아래 내용을 보시기 바랍니다.

Transition Boundary Condition

Electromagnetic Waves, Beam Envelopes 인터페이스를 위한 새로운 Transition Boundary Condition은 전기적으로 얇은 층을 모델링 하여 도메인 상의 메시를 구성할 필요가 없습니다. 여기에는 전파방향을 선택하기 위한 두 가지 옵션이 제공됩니다. 하나는 Normal direction (초기설정)으로서 거울면과 같은 얇은 금속층을 모델링 하기 위해 사용할 수 있습니다. 다른 하나는 From wave vector으로 무반사 코팅과 같은 얇은 유전층을 위해 사용할 수 있습니다. 이 기능은 Beam Splitter에서 사용되었습니다.

가우시안 빔이 왼쪽 경계면에서 인가되고, 대각선의 얇은 금속층에 의해 반사되고 투과되는 것을 새로운 Transition Boundary Condition을 이용하여 해석하였습니다.  전파방향은 Normal Direction으로 설정하였습니다.

가우시안 빔이 왼쪽 경계면에서 인가되고, 대각선의 얇은 금속층에 의해 반사되고 투과되는 것을 새로운 Transition Boundary Condition을 이용하여 해석하였습니다. 전파방향은 Normal Direction으로 설정하였습니다.


Impedance Boundary Condition

Electromagnetic Waves, Beam Envelopes 인터페이스에서 제공하는 Impedance Boundary Condition을 이용하면 두 개의 서로 다른 매질 도메인 경계면에서 해석 도메인의 절단을 고려할 수 있습니다. 이 기능에는 전파방향을 선택할 수 있는 두 가지 옵션이 있습니다. 하나는 Normal direction(초기조건)으로 금속과 같은 외부의 높은 도전성 매질을 위해 사용합니다. 다른 하나는 From wave vector으로 유리 기판과 같은 외부의 유전층을 위해 사용할 수 있습니다. 이 기능은 Fresnel Equations에서 확인 할 수 있습니다.

평면파가 특정 각도로 유리 기판에 인가되고, 공기와 유리 도메인 사이 경계면에서 반사 됩니다. 유리 도메인은 Impedance Boundary Condition기능을 이용하여 대체 되었습니다. 전파 방향은 From wave vector으로 설정되었습니다.

평면파가 특정 각도로 유리 기판에 인가되고, 공기와 유리 도메인 사이 경계면에서 반사 됩니다. 유리 도메인은 Impedance Boundary Condition기능을 이용하여 대체 되었습니다. 전파 방향은 From wave vector으로 설정되었습니다.


Slit Ports

Slit Port는 내부 경계면으로 사용되며, 빛을 인가함과 동시에 설정 포트 모드 필드에 대한 산란파를 흡수합니다. 이 기능에는 두 가지 옵션이 사용됩니다. 한가지는 Slit Port뒷면에 완전 정합층(PML)이 존재하여 포트에 의해 흡수되지 않는 산란성분을 흡수합니다: 이것은 PML domain-backed slit port으로 알려져 있습니다. 두 번째는 한쪽에 일반적인 포트가 있고, 다른 편에는 완전도체(PEC)가 존재합니다: 이것은 PEC-backed slit port으로 알려져 있습니다.

PML –backed slit port는 가우시안 빔을 인가하였을 때, 반사된 가우시안 빔이 포트들에 의하여 완벽히 흡수되지 않아서 일반적인 PML흡수설정이 필요할 때 유용합니다. 이 기능은 하단의 그림을 통하여 보여주고 있습니다. Port기능을 내부 경계면에 설정하기 위해서는 하단의 두 번째 그림과 같이 설정창에서 Activate slit condition on interior port옵션을 선택하여야 합니다.

PML domain-backed slit port가 가우시안 빔을 왼쪽면에서 발생시키기 위해 사용되었습니다. 오른쪽에는 빛을 흡수하는 PML domain-backed slit port가 존재합니다. 대부분은 빛은 Slit port에 의해 흡수되어 지고, 나머지 성분은 PML에 의해 흡수 됩니다.

PML domain-backed slit port가 가우시안 빔을 왼쪽면에서 발생시키기 위해 사용되었습니다. 오른쪽에는 빛을 흡수하는 PML domain-backed slit port가 존재합니다. 대부분은 빛은 Slit port에 의해 흡수되어 지고, 나머지 성분은 PML에 의해 흡수 됩니다.

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One-Way Coupled Multiphysics in the Model Wizard

Wave Optics 모듈의 Laser Heating이나 RF 모듈의 Microwave Heating과 같은 전자기 가열을 포함하는 다중물리현상을 위하여, Model Wizard에서 두 가지 새로운 해석 방법을 사용할 수 있습니다. Sequential Frequency-Stationary는 먼저 전자파에 대하여 주파수 도메인으로 해석하고, 그 후에 정상상태 열전달 방정식을 해석할 때, 소스항으로 전자기 열원을 사용합니다. Sequential Frequency – Transient는 먼저 전자파에 대하여 주파수 도메인으로 해석하고, 그 후에 시간에 대한 열전달 방정식 해석 시 소스항으로 전자기 열원을 사용합니다.

두 개의 순차적인 해석 형태에서 전자기 해석은 계산된 온도 분포에 독립적이라고 가정합니다. 이 가정이 성립되면, 두 개의 물리현상을 순차적으로 해석하면 더 적은 계산 리소스가 요구됩니다.

하단의 모델들에서 이 기능을 확인 할 수 있습니다:

  • conical_dielectric_probe
  • microwave_cancer_therapy
  • microwave_oven
  • sar_in_human_head
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Fully Anisotropic Refractive Index

Wave Equation기능에서 Electric displacement field model 의 Refractive index옵션을 선택하면, 사용자는 완벽한 비등방성 텐서 값을 입력할 수 있습니다. 행렬-행렬 곱셈이 굴절률 텐서 값을 상대 유전율 텐서로 변환하기 위해 사용됩니다.

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More Interior Boundary Options in the Time Explicit Physics Interface

Electromagnetic Waves, Time Explicit 인터페이스를 사용할 때, 완전 전기도체(PEC)와 완전 자기 도체(PMC), 표면 전류밀도 조건을 내부 경계면에 적용할 수 있습니다.

Default Plots Changed to the RainbowLight Color Table

낮은 수치적 값이 출력된 부분에서 초기 설정인 검은색 글자의 가독성을 높이기 위해, 기본 색 테이블이 RainbowLight로 변경되었습니다.

오른쪽 그림은 이전의 초기설정인 Rainbow색테이블을 사용하였고, 왼쪽그림은 RainbowLight 색 테이블을 사용하였습니다. RainbowLight를 사용한 결과에서 검은색 글씨의 가독성이 더 높습니다.

오른쪽 그림은 이전의 초기설정인 Rainbow색테이블을 사용하였고, 왼쪽그림은 RainbowLight 색 테이블을 사용하였습니다. RainbowLight를 사용한 결과에서 검은색 글씨의 가독성이 더 높습니다.


3D Far-Field and RCS Functions from 2D Axisymmetric Models

새로운 원거리장 함수를 사용하면, 3차원 등가 모델의 원거리장 결과를 빠르게 계산하기 위해 2차원 축대칭 모델을 사용할 수 있습니다. 아래 경우와 같이 2차원 축대칭 형상에서 3차원 원거리장 놈(norm) 함수의 설정을 사용할 수 있습니다:

  • Circular포트에서 양수의 방위각 모드 수를 이용하여 발생시키는 안테나 모델
  • 선정의된 원형 편파에 의해 계산되는 산란 필드 해석


Far-Field Norm Functions

설명 명칭 전체 명칭 예시 전체 명칭 설명
3차원 원거리장 놈 norm3DEfar norm3DEfar_TE12 방위각 모드수 1, 모드수가 2인 원형 포트의 TE 모드
3차원 원거리장 놈, dB normdB3DEfar normdB3DEfar_TM21 방위각 모드수 2, 모드수가 1인 원형포트의 TM모드

Electrically Thick Layer in Transition Boundary Conditions

새로운 Electrically thick layer옵션은 Transition boundary Condition에 인접한 두 개의 도메인을 분리시킵니다. 경계조건은 내부 Impedance Boundary Condition과 같이 동작하며, 레이어 형상을 도메인이 아닌 면으로 다룹니다.

Electrically thick layer옵션은 인접한 두 개의 도메인들을 분리시킵니다.

Electrically thick layer옵션은 인접한 두 개의 도메인들을 분리시킵니다.


Circularly Polarized Background Field for 2D Axisymmetry

Circularly polarized plane wave 옵션을 2차원 축대칭의 산란 필드 모델에서 사용할 수 있습니다. 이 기능을 사용하기 위해서는 2차원 축대칭 모델에서 원형 편파 배경 필드를 축대칭 산란체에 인가합니다. 그 후, norm3DEfar함수를 사용하여 3차원의 동일한 산란체에 선형편파를 인가하였을 때의 원거리장과 레이더 산란 단면적(RCS)를 계산합니다.

2차원 축대칭 모델의 3차원 표현, 선형 편파 배경 필드에 의한 3차원 구의 산란필드 응답을 원형 편파 배경 필드에 의한 2차원 축대칭 모델을 이용하여 빠르게 계산할 수 있습니다.

2차원 축대칭 모델의 3차원 표현, 선형 편파 배경 필드에 의한 3차원 구의 산란필드 응답을 원형 편파 배경 필드에 의한 2차원 축대칭 모델을 이용하여 빠르게 계산할 수 있습니다.

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Improved User Experience for Defining Ports

화살표를 이용하여 포트가 들어오는 포트(발생)인지 나가는 포트(수신)인지 빠르게 확인할 수 있습니다. 화살표는 파워가 흐르는 방향을 나타냅니다. 들어오는 포트는 포트 경계면에서 안쪽 방향의 화살표로, 수신 포트는 나가는 화살표로 나타납니다. 이러한 시각화 기능은 집중 소자 포트에서도 제공됩니다.

조리개 필터 도파관의 여기 포트. 파워 흐름의 방향이 빨간색 화살표로 보여 주고 있습니다.

조리개 필터 도파관의 여기 포트. 파워 흐름의 방향이 빨간색 화살표로 보여 주고 있습니다.

New and Updated Tutorial Models

COMSOL Multiphysics® 5.4버전에서는 두 가지 새로운 예제들이 추가되었고, 한 가지 예제가 수정되었습니다.


Optically Anisotropic Waveguide

광축이 전파방향으로부터 45도 각도인 비등방성 광학 도파관의 가장 낮은 차수의 모드.

광축이 전파방향으로부터 45도 각도인 비등방성 광학 도파관의 가장 낮은 차수의 모드.

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optically_anisotropic_waveguide

Focusing Lens

평면파는 렌즈(도메인의 왼쪽 구조물)에 의해 도메인 오른쪽에 있는 초점에 집중됩니다.

평면파는 렌즈(도메인의 왼쪽 구조물)에 의해 도메인 오른쪽에 있는 초점에 집중됩니다.

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lens_waveguide


Directional Coupler with Two Copropagating Modes

이 수정된 모델은 전파 방향에 대하여 아주 듬성한 메시가 만들어 졌을 때, 방향이 같고, 전파 상수가 다른 두 가지 모드의 세기를 해석하는 능력을 보여주고 있습니다.

이 수정된 모델은 전파 방향에 대하여 아주 듬성한 메시가 만들어 졌을 때, 방향이 같고, 전파 상수가 다른 두 가지 모드의 세기를 해석하는 능력을 보여주고 있습니다.

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directional_coupler