HFSS端口和激励(官方说明)

©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.1ANSYS,Inc.Proprietary©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.1ANSYS,Inc.ProprietaryHFSS基础培训教程端口和激励ANSYS中国©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.2ANSYS,Inc.ProprietaryHFSS设计流程DesignSolutionTypeParametricModelGeometry/MaterialsAnalysisSolutionSetupFrequencySweepAnalyzeResults2DReportsFieldsBoundariesExcitationsMeshRefinementSolveMeshOperationsConvergedFinishedUpdateNOYESSolveLoop©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.3ANSYS,Inc.ProprietaryHFSS端口、激励类型©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.4ANSYS,Inc.Proprietary端口的含义•计算S参数时信号进入和输出的地方–在端口处加电，在端口处测量–类似于实际测量时的探针•通过探针加电，在探针上测量©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.5ANSYS,Inc.Proprietary5实测环境中存在的电磁场©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.8ANSYS,Inc.Proprietary•WavePort–外部端口–通过传输线方式将信号加入结构中–端口定义为传输线的截面，HFSS在端口处求解传输线的特性，得到特性阻抗，用于计算S参数–传输线以端口的形状可以向后无限延展–端口是理想匹配负载•LumpedPort–内部端口–相当于测试系统的内阻，通过测试系统给结构加入信号–使用者指定端口阻抗，端口阻抗设定为测试系统的内阻–实际求解时可以不画出探针结构–端口面所在处有可能产生反射•FloquetPortHFSS可以定义的三种端口WavePort求解微带线LumpedPort求解微带线©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.9ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort9©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.10ANSYS,Inc.Proprietary•WavePort是传输线的截面，信号通过传输线进入结构–端口面所在位置就是参考面，对计算S参数的相位很重要–对于包含开放结构的传输线（如微带线）可建立二维物体用以定义端口•WavePort所定义的位置上，场只能是单向存在的–整个结构的最外面，与背景相交接–与理想导体相交接•WavePort的边是PerfectEWavePort的定义求解空间非求解空间©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.11ANSYS,Inc.Proprietary•WavePort的边缘相当于PerfectE–对于外围是开放结构的传输线，端口要做够大，避免端口边缘与信号线产生耦合，影响传输线的特性•端口所在的面不能被金属层穿越分割–将造成端口场分布的变化，使得求解模式不是预想的结果WavePort设置时的注意事项错误的定义：地平面将传输线分割成两部分AB正确左右过窄高度不足©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.12ANSYS,Inc.Proprietary•WavePorts只能定义在没有场分布的区域。–定义在仿真对象和背景交接处–定义在理想导体表面•以简单的2-port波导为例：–端口设定在波导的端截面处。–端口面积需限制在波导截面内。–选择表面或相应的2D物体来定义端口。WavePort表面©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.13ANSYS,Inc.Proprietary–WavePorts需要一段横截面具有连续性的长度•HFSS假设每一个定义的端口都连接到一个半无限长且具有与端口形状相同的截面的波导上.•当对S参数求解时，仿真器假设的激励源是自然辐射场（包含多模）在端口横截面的叠加.Port1Port2Port3Port4©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.15ANSYS,Inc.Proprietary•WavePort距离不连续性应当有充分的距离–在模型中保留一段均匀传输线–确保凋落高阶模式充分衰减–通过“Ports-onlySolution”计算所需长度WavePort设置时的注意事项nouniformcrosssectionatWavePortsuniformcrosssectionaddedforeachWavePort©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.16ANSYS,Inc.Proprietary•包含一段横截面具有连续性的长度，使高次模得到足够的衰减.•EvanescentWaves的传输系数为e-αz（α为衰耗系数，Ζ为位移）•可选:通过“Ports-onlySolution”先得出高次模的衰耗系数α。•利用公式20log(e-αz)=-20dB计算使得高次模衰减至可忽略不计的距离。•利用以上计算得到的位移z调整端口的延伸长度。端口延伸和高次模问题©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.17ANSYS,Inc.Proprietary•单根微带传输线–宽度为微带线宽度w的5倍，或者介质高度h的三倍，左右对称•取5w和3h较大的–高度为介质高度的5倍到10倍左右–端口的下边从地平面向上，不要跨越WavePort设置实例w5w或3h较大者h5~10h5w×2+w或3h×2+w注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.18ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例•耦合微带传输线–宽度为微带线宽度w的5倍，或者介质高度h的三倍，左右对称•取5w和3h较大的–高度为介质高度的5倍到10倍左右–端口的下边从地平面向上，不要跨越注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式w5w或3h较大者h5~10h…©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.19ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例•单根带状线–端口边缘到带状线边缘的距离应为宽度w的3.5倍，或者介质高度h的1.5到2倍，左右对称•根据宽高比确定–高度由上下两个地平面的距离决定ww≧h时3.5wh8w或3h~4h注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式w＜h时1.5h~2h©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.20ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例•多根带状线–端口边缘到带状线边缘的距离应为宽度w的3.5倍，或者介质高度h的1.5到2倍，左右对称•根据宽高比确定–高度由上下两个地平面的距离决定wh注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式…w≧h时3.5ww＜h时1.5h~2h©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.21ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例•无地线共面波导–宽度为2g+w的3倍左右–高度为介质高度h的4倍以上–传输线应当基本上在端口的上下位置的中央gw2g+wh4~10h3(2g+w)注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.22ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例•有地线共面波导–宽度为2g+w的3倍左右–高度为介质高度h的4倍以上–端口的下边框与地线位置一致gw2g+wh4~10h3(2g+w)注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.23ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例•有地线共面波导地线较窄时–宽度为2g+w的3倍左右–高度为介质高度h的4倍以上–传输线应当基本上在端口的上下位置的中央–将端口矩形减掉一部分，使得端口边框与地线相接触•端口的边框是电壁，从而确保两边的地电位相等，保证传输CPW模式注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式gw2g+wh4~10h3(2g+w)©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.24ANSYS,Inc.Proprietary•GSSG结构–端口的边框距离地边缘2g+w–高度为介质高度h的4倍以上–无地线的GSSG结构设置与此相同WavePort设置实例gw2g+wh4~10h注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.25ANSYS,Inc.Proprietary•GSGSG结构–端口的边框距离地边缘2g+w–对于中间的地，将端口矩形减掉一部分，使得端口边框和中间地相接触•端口的边框是电壁，从而确保两边的地电位相等–高度为介质高度h的4倍以上WavePort设置实例gw2g+wh4~10h注意：如果建立的端口高度或宽度超过了λ/2，则不要采用此规则，应该适当减小端口的尺寸，避免出现波导模式©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.26ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例•同轴馈电双极振子天线–WavePort定义的位置在整个求解空间内部•直接定义WavePort将导致端口求解失败，HFSS报错–在WavePort所在位置增加理想导体物体，将端口完全覆盖•理想导体的内部不求解场理想导体圆柱求解空间WavePort所在位置上，场能够双向存在，从而导致求解报错用理想导体圆柱覆盖端口所在位置，确保场的单向存在©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.29ANSYS,Inc.Proprietary•无须定义终端线通过电流积分得到端口特性•多导体传输结构端口定义•精度更高端口自动终端定义©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.30ANSYS,Inc.Proprietary•波导端口的形状应当与波导一致–所有可以传播的模式都要求解–端口模式的数量可在定义端口时设置–求解后可在PortFieldDisplay观察端口上的场分布，确定模式类型–在Matrix中查看各个模式的传播常数确定可传播的模式波导端口的设置波导高波导宽©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.31ANSYS,Inc.Proprietary波导端口设置的注意事项•圆波导端口–圆波导TE11的极化方向在端口处是不确定的–会造成S参数求解的错误–定义极化线约束端口处的电磁场TE11模极化方向可以沿着任何一个直径©2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.32ANSYS,Inc.Proprietary极化线的定义•在端口定义窗口，做出积分线•选中PolarizeEField注意即使定义了积分线，并选中PolarizeEField，对于TE11模，