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Comsol经典实例022：射频线圈

一、案例简介

从无线技术到MRI扫描设备等各种应用中，射频线圈都起着非常重要的作用。本介绍

性教学案例演示了如何确定线圈的基本谐振频率，以及如何执行频率扫描来提取线圈的Q

因子。

二、模型定义

所分析的线圈为两匝线圈，如图A所示。在本例的第一个版本中，该几何结构用于确

定基本谐振频率。线圈被视为理想电导体，这意味着您只需要求解周围空气中电磁波的特

征频率方程。空气域是一个足够大的球体，其外部边界条件不会显著影响解。

图A用于特征频率分析的几何结构

在本例的第二个版本中，我们在线圈两端之间指派一个时谐驱动端口电压。这是通过

使用集总端口将两端连接来实现的。为该端口指派50Ω外部电缆阻抗和1V驱动电压。

该模型在谐振频率附近的频率范围内运行。

为了让生成的波离开模型域时人为反射达到最少，在本例的驱动版本中，我们在空气

球体外部应用PML。图B显示已划分网格的几何结构。

在驱动模型中，线圈被视为由铜制成。借助ImpedanceBoundaryCondition，该模型

分析传导表面损耗。

三、结果与讨论

在本例的特征频率版本中，我们确定最低特征频率出现在180MHz下。为了验证空

气球体是否足够大，首先将人为外部边界设为理想电导体，然后再设为理想磁导体，由此

来确认果。图B显示谐振时的电场和磁场分布。

图B本例的驱动版本中使用的网格图C基本谐振时的电场（切面）和磁通密度（箭头）

驱动问题中的集总端口条件自动提供本例的阻抗。这是电缆的输入阻抗；因此，它与

50Ω电缆阻抗无关。通过绘制阻抗与频率的关系曲线，我们可以计算器件的Q因子：

f

Q0

f

其中f是峰值频率，△f是半峰全宽，如图D所示。

0

图D输入阻抗vs.频率。计算的Q值约为400

四、建模操作说明

Step01：在新建窗口中，单击模型向导。在模型向导窗口中，单击三维。在选择物理场

树中选择射频电磁波，频域(emw)。单击添加。单击研究。先执行特征频率研究。稍后添

加另一个频域研究。在选择研究树中选择一般研究特征频率。单击完成。如图1所示。

图1软件主界面

Step02：在主屏幕工具栏中单击导入。在导入的设置窗口中，定位到导入栏。单击浏览。

浏览到该App的“案例库”文件夹，然后双击文件rf_coil.mphbin。单击导入，如图2所示。

图2导入模型

在线圈周围创建一个空气球体。

Step03：在几何工具栏中单击球体。在球体的设置窗口中，定位到大小栏。在半径文本

框中键入0.25“”。单击构建所有对象。在图形工具栏中单击缩放到窗口大小按钮。在图形工

具栏中单击透明按钮，如图3所示。

图3构建空气球体

Step04：在主屏幕工具栏中，单击添加材料以打开添加材料窗口。转到添加材料窗口。

在模型树中选择内置材料Air。单击窗口工具栏中的添加到组件。在主屏幕工具栏中，单击

添加材料以关闭添加材料窗口，如图4所示。

默认情况下，选择的第一种材料（本例中为air）适用于所有域。这是可行的，这是

因为，在下一步中您总是要从模型中排除线圈的内部。

Step05：在模型开发器窗口的组件1(comp1)节点下，单击电磁波，频域(emw)。选

择“域”1。如图5所示。

从模型中移除线圈域后，默认情况下，线圈表面将应用“理想电导体”边界条件。该条

件也适用于空气域的外部边界。

考虑到空气域足够大，其外部边界条件对结果的影响应该是有限的。为了验证这一点，

可以使用默认的“理想电导体”条件求解模型一