hfss中文教程 062-077 激励

hfss中文教程 062-077 激励 一、 激励技术综述 端口是唯一的一种允许能量流入和流出结构的边界条件。你可以把任意的二维面或三维物体的表面 定义为端口。在结构中的三维电磁场被计算之前，有必要决定每个端口的激励场类型。HFSS 采用任意的 端口解算器计算与端口截面相同的传输结构中存在的自然的场模式。 HFSS 默认的设定，所有的结构都完全的装入一个导体屏蔽层，没有能量能够穿过屏蔽层。你可以在 结构上设定波端口使得能量进入和离开导体屏蔽层。 在结构中除了采用波端口（Wave port）外，你还可以应用集总端口（Lumped port）。集总端口对 于模拟结构内部端口是很有用处的。 波端口（Wave port） 端口解算器假定你定义的波端口连接到一个具有和端口相同截面和材料的半无限远波导上。每个波 端口都是单独激励的，并且其中的每个模式的平均功率都是一瓦。波端口计算端口阻抗，复传播常数， 以及 S 参数。 波动方程 在波导中行波的场模式可以通过求解Maxwell方程获得。下面的由Maxwell方程推出的方程使用两维 解算器求解。 其中： (, ) 是谐振电场的矢量表达式； Exy   0 是自由空间的波数； r 是复数相对导磁率；  r 是复数相对介电常数。 求解这个方程，两维解算器得到一个矢量解 (, ) Exy  形式的激励场模式。这些矢量解与 和 无关， 只要在矢量解后面乘上 z t e z 它们就变成了行波。 另外，我们注意到激励场模式的计算只能在一个频率。在每一个感兴趣的频率，计算出的激励场模 式可能会不一样。 二、 模式（Modes） 对于给定横截面的波导或传输线，特定频率下有一系列的场模式满足麦克斯维方程组。这些模式的 线性叠加都可以在波导中存在。 模式转化 在某些情况下，由于几何结构充当了模式变换器，有必要考虑高次模的影响。例如，当模式 1（主 模）从某一结构的一个端口（经过该结构）转换到另外一个端口的模式 2 时，我们有必要得到模式 2 下 的 S 参数。 模式，反射和传播 在单一模式的激励下，由于高频结构的不连续性，三维场解算器的结果中仍然有可能包含高次模反 射。如果这些高次模反射回激励端口或者传输到另外的端口上，与这些模式相关的 S 参数就要被考虑进 去。如果这些高次模在传输到任意端口前已经衰减了--由于传输损耗或者因为是非传输模式（凋落波）， 那就不用考虑这些高次模的 S 参数。 模式和频率 和每种模式相关的场模式一般会随频率的改变而变化。但是，传播常数和特性阻抗总是随着频率变 化的。因此，当进行频率扫描时，在每个频率点都会进行结算。我们应当意识到，随着扫描频率的提高， 出现高次模的可能性也在增加。 模式和S参数 波端口被正确定义时，对于仿真中要考虑的每个模式，在波端口上都完全匹配的。因此，每个模式 的 S 参数和波端口，将会根据不同频率下的特性阻抗进行归一化。这种类型的 S 参数叫做广义的 S 参数。 实验测量，例如矢量网络分析仪，以及电路仿真器中使用的特性阻抗是常数（这使得端口在各个频 率下不是完全匹配）。 为了使计算结果，和实验及电路仿真得到的测量结果保持一致，由 HFSS 得到的广义 S 参数必须用 常数特性阻抗进行归一化。如何归一化，参看波端口校准。 注解：对广义 S 参数归一化的失败，会导致结果的不一致。例如，既然波端口在每一个频点都完全 匹配，那么 S 参数将不会表现出各个端口间的相互作用，而实际上，在为常数的特性阻抗端口中，这种 互作用是存在的。 三、 波端口的边界条件： 波端口边缘有以下所述的边界条件： 理想导体或有限电导率边界——在默认条件下，波端口边缘的外部定义为理想导体。在这种假设条 件下，端口定义在波导之内。对于被金属包裹传输线结构，这是没问题的。而对于非平衡或者没被金属 包围的传输线，在周围介质中的场必须被计算，不正确的端口尺寸将会产生错误的结果。 对称面——端口解算器可以理解理想电对称面（Perfect E symmetry）和理想磁对称面（Perfect H symmetry）面。使用对称面时，需要填入正确的阻抗倍增数。 阻抗边界——端口解算将识别出端口边缘处的阻抗边界。 辐射边界——在波端口和辐射边界之间默认的设置是理想导体边界。 四、 波端口校准： 一个添加到几何结构的波端口必须被校准以确保一致的结果。为了确定场的方向和极性以及计算电 压，校准是必要的。 求解类型:模式驱动 对于模式驱动的仿真，波端口使用积分线校准。每一条用于校准的积分线线都具有以下的特性： 阻抗：作为一个阻抗线，这条线作为 HFSS 在端口对电场进行积分计算电压的积分路径。HFSS 利用 这个电压计算波端口的特性阻抗。这个阻抗对广义 S 参数的归一化是有用的。通常，这个阻抗指定为特 定的值，例如，50 欧姆。 注意：如果你想有能力归一化特性阻抗或者想观察 Zpv 或 Zvi 的值就必须在端口设定积分线。 校准：作为一条校准线，这条线明确地确定每一个波端口向上或正方向。在任何一个波端口， 时的场的方向至少是两个方向中的一个。在同一端口，例如圆端口，有两个以上的可能的方向，这样你 将希望使用极化（Polarize）电场的选项。如果你不定义积分线，S参数的计算结果也许与你的期望值 不一致。 提示：也许你需要首先运行端口解（ports-only solution ），帮助你确定如何设置积分线和它的 方向。 为了用积分线校准一个已经定义的波端口，要做一下操作： 1. 在项目树（Project Tree）中打开激励（Excitations），并双击被校准的波端口。 2. 选择模型（Modes）列表。 3. 从列表中为第一个模型选择积分线（Integration Line）一列。然后，选择新线（New Line）。 4. 使用下列方法中的一种进行位置和长度的设置： 直接输入线段起点和终点相对工作坐标系的 x,y 和 z 坐标。关于坐标系更多的信息，请参阅 XX 章。 在绘图窗口的点击。这条线显示为矢量，指明了方向。如需要改变线段的方向，在积分线 （Integration Line）一列，选择切换终点（Swap Endpoints）。 5. 重复 3、4 步，设置该端口其它模式的积分线。 6. 完成积分线定义后点击 OK。 7. 重复1－6步，设置其它波端口的积分线。 F.1.2.1 五、 关于阻抗线 HFSS 开始计算的 S 矩阵值是对每个端口的阻抗进行归一化的结果。然而，我们经常希望计算对某一个特定阻抗如 50 欧姆归一化的 S 矩阵。为了将广义 S 矩阵转化成归一化 S 矩阵，HFSS 需要计算各端口 的特征阻抗。计算特征阻抗的方法有很多种（Zpi, Zpv, Zvi）。 HFSS始终会计算Zpi。这个阻抗的计算使用波端口处的功率和电流。另外两种方法 Zpv 和 Zvi需要计 算电压的积分线。利用每一个模式的积分线，可以计算出电压值。 一般来说，阻抗线应该定义在电压差值最大方向上的两点之间。如果你要分析多个模式，由于电场 方向的变化，需对每个模式分别定义不同的阻抗线。 六、 关于校准线 在计算波端口激励的场模式时,场在 ωt＝0 时的方向是任意的且指向至少两个方向中的一个。利用 参考方向或参考起点，积分线能够校准端口。需确认每一个端口定义的积分线参考方向都与类似或相同 截面端口的参考方向相同。用这种方法，试验室的测量（通过移去几何结构，两个端口连接在一起的方 法校正设置）得以重现。 由于校准线仅仅确定激励信号的相位和行波，系统在只对端口解算（ports-only solution ）时可 以将其忽略不计。 七、 求解类型:终端驱动 HFSS 计算的以模式为基础的 S 矩阵表示了波导模式入射和反射功率的比值。上面的方法，不能准确 地描述那些有多个准横电磁波（TEM）模式同时传播的问题。这种支持多个准横电磁波（TEM）模式的结 构有耦合传输线或接头等。它们通常使用端口 S 参数。 需要用终端线校准已定义的波端口： 1. 在项目树（Project Tree）中打开激励（Excitations），并双击被校准的波端口。 2. 选择终端（Terminals）列表。 3. 从列表中为第一个模型选择终端线（Terminal Line）一列。然后，选择新线（New Line）。 4. 使用下列方法中的一种进行位置和长度的设置： 直接输入线段起点和终点相对工作坐标系的 x,y 和 z 坐标。关于坐标系更多的信息，请参阅 XX 章。 在绘图窗口的点击。这条线显示为矢量，指明了方向。如需要改变线段的方向，在终端线 （Terminal Line）一列，选择切换终点（Swap Endpoints）。 5. 重复 3、4 步，设置该端口其它终端线。 6. 完成终端线定义后点击 OK。 7. 重复1－6步，设置其它波端口的终端线。 八、 关于终端线 终端的 S 参数反映的是波端口节点电压和电流的线性叠加。通过节点电压和电流端口的导纳、阻抗 和赝 S 参数矩阵就能被确定。 对每个与导体相交的端口，HFSS 自动将模式解转变成终端解。 一般来说，一个单终端线都是建立在参考面或“地”导体与每一个端口的导体之间。 电压的参考极性用终端线的箭头确定，头部（＋）为证，尾部（—）为负。来的。如果你决定建立 了终端线，你就必须在每一个端口和每端口都建立终端线。 九、 定义波断口的几点考虑 波端口的定位：