電磁界解析と構造解析を活用した温度安定性を考慮した誘電体共振器フィルタの設計例

CAEのあるものづくり Vol.21｜公開日：2014年10月

近年、電子機器の小型化による電気と熱応力の設計、マイクロ波加熱に代表される電気と伝熱・熱流体の設計等、電気特性と温度特性のトレードオフを限られた時間の中で高品質な設計を行うには複合領域を跨ぐ解析、いわゆるマルチフィジックス解析が不可欠になってきています。今回は誘電体共振器フィルタを例にマルチフィジックス解析の解析事例をご紹介します。

誘電体共振器フィルタは衛星通信、レーダなどの高出力用途のコンポーネントに用いられるため、低損失かつ適切な熱管理が必要です。設計課題の1つに高温時の電気特性の変化が挙げられます。これには適切な温度係数を有する誘電体材料を使うことで、共振器の温度特性を補償できます。Ansysを活用した設計では、電磁界-伝熱・応力の双方向解析を行うことで、フィルタ性能上の異なる温度係数の効果を評価できます。

図1　誘電体共振器フィルタの構造と設計目標例

図2　マルチフィジックス解析を活用した設計フロー

図1に誘電体共振器フィルタの構造と設計目標値を記載します。

今回は、電気特性を求める電磁界解析「Ansys HFSS」と、電磁界解析から得た誘電損失から発熱を求め、その発熱から応力を求める「Ansys Mechanical」を使い、電気特性と温度特性の最適値を求めます（図2）。

今回使用した誘電体共振器の…