CST 熱-光調(diào)制器仿真實(shí)例（2）- 溫控材料，時(shí)域多物理耦合

來源：CST仿真專家之路更新時(shí)間：2024-06-24 閱讀：

本案例是簡(jiǎn)化的一段光頻傳輸線，核心材料硅的介電常數(shù)隨溫度而變化，通過改變其溫度，比如用外界的線圈或熱電阻控制，隨時(shí)改變其介電常數(shù)，從而使S21在工作頻率的相位發(fā)生改變，達(dá)到相位調(diào)制的目的。

這里我們讓熱源功率在時(shí)域的波形為方形，方便演示。開1微秒，再關(guān)2微秒：

硅材料的溫度變化曲線為線性，溫度越高，介電越高：

這樣可以預(yù)計(jì)其S21在工作頻率的相位波形大致如圖：

下面我們來看如何進(jìn)行這種溫控的時(shí)域仿真。

想法是這樣，比如3微秒中，我們采樣51個(gè)，這樣每個(gè)時(shí)間點(diǎn)間隔0.0588微秒，在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，我們計(jì)算一下該時(shí)刻的材料溫度，然后電磁仿真中，用該溫度下的介電常數(shù)，算出相位，重復(fù)51次。所以這里難點(diǎn)有幾個(gè)：

1）如何設(shè)置時(shí)域熱仿真Tht，使每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的起始溫度，自動(dòng)設(shè)置為上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)計(jì)算的結(jié)束溫度。

2）如何設(shè)置電磁仿真，讀取每個(gè)時(shí)間點(diǎn)熱仿真計(jì)算出來的溫度，用于新的S21計(jì)算，尤其是第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

3）如何將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的S21相位結(jié)果保存，串聯(lián)成最終的時(shí)域結(jié)果曲線；還要將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度結(jié)果保存，串聯(lián)成溫度變化曲線。

這樣和以往的電磁和熱耦合仿真不同，以往常見的電磁與多物理耦合方法是先計(jì)算電磁損耗，然后將其作為熱源看溫度升高，而本案例是先計(jì)算溫度，然后使其控制電磁仿真。

模型很簡(jiǎn)單，硅和二氧化硅，其中硅是溫度變化材料。

生成兩個(gè)子項(xiàng)目，用sequence任務(wù)將熱和電磁兩個(gè)任務(wù)loop起來：

先看熱仿真：

熱仿真中定義時(shí)域信號(hào)，熱源，溫度點(diǎn)監(jiān)視器，和時(shí)域溫度場(chǎng)：

溫度點(diǎn)監(jiān)視器是為了獲取溫度曲線，我們就拿中心點(diǎn)。時(shí)域溫度場(chǎng)則需要對(duì)應(yīng)我們的時(shí)間采樣點(diǎn)，這個(gè)是給電磁仿真中溫變材料要用的溫度場(chǎng)。

Tht求解器中，仿真時(shí)間為一個(gè)時(shí)間采樣。TMax是3微秒，NTimeSteps是51。這里一定要選中store result data in cache保存數(shù)據(jù)，并且Start temperature中，設(shè)置起始溫度要讀取上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)。該方法只適用于sequence任務(wù)。

這里手動(dòng)仿真第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，方便我們定義后處理和設(shè)置電磁仿真。添加一個(gè)后處理，提取點(diǎn)監(jiān)視器的溫度（比如傳輸線中心）。

由于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)該結(jié)構(gòu)都會(huì)被覆蓋，所以在sequence任務(wù)中，我們需要后處理，就是上面截圖中的record results。這個(gè)后處理叫0D數(shù)據(jù)寫成1D數(shù)據(jù)，正適合我們這種每個(gè)時(shí)間點(diǎn)串聯(lián)結(jié)果用。