HFSS端口和激励(官方说明).pdf
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2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.1ANSYS,Inc.Proprietary2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.1ANSYS,Inc.ProprietaryHFSS基础培训教程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/MaterialsAnalysisSolutionSetupFrequencySweepAnalyzeResults2DReportsFieldsBoundariesExcitationsMeshRefinementSolveMeshOperationsConvergedFinishedUpdateNOYESSolveLoop2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.3ANSYS,Inc.ProprietaryHFSS端口、激励类型2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.4ANSYS,Inc.Proprietary端口的含义端口的含义计算计算S参数时信号进入和输出的地方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.ProprietaryWavePort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.ProprietaryWavePort92011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.10ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort是传输线的截面,信号通过传输线进入结构是传输线的截面,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的边是的边是PerfectEWavePort的定义的定义求解空间非求解空间2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.11ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort的边缘相当于的边缘相当于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.ProprietaryWavePorts只能定义在没有场分布的区域。
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以简单的2-port波导为例:
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表面表面2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.13ANSYS,Inc.ProprietaryWavePorts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.Port1Port2Port3Port42011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.15ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort距离不连续性应当有充分的距离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nouniformcrosssectionatWavePortsuniformcrosssectionaddedforeachWavePort2011ANSYS,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的传输系数为的传输系数为e-z(为衰耗系数,为衰耗系数,为位移)为位移)可选可选:
通过通过“Ports-onlySolution”先得出高次模的衰耗系数先得出高次模的衰耗系数。
利用公式利用公式20log(e-z)=-20dB计算使得高次模衰减至可忽略不计的距离。
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利用以上计算得到的位移z调整端口的延伸长度。
调整端口的延伸长度。
端口延伸和高次模问题端口延伸和高次模问题2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.17ANSYS,Inc.Proprietary单根微带传输线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设置实例设置实例w5w或3h较大者h510h5w2+w或3h2+w注意:
如果建立的端口高度或宽度超过了/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设置实例设置实例耦合微带传输线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/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h510h2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.19ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例设置实例单根带状线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wwh时3.5wh8w或3h4h注意:
如果建立的端口高度或宽度超过了/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wh时1.5h2h2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.20ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例设置实例多根带状线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/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wh时3.5wwh时1.5h2h2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.21ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort设置实例设置实例无地线共面波导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+wh410h3(2g+w)注意:
如果建立的端口高度或宽度超过了/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设置实例设置实例有地线共面波导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+wh410h3(2g+w)注意:
如果建立的端口高度或宽度超过了/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设置实例设置实例有地线共面波导地线较窄时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/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+wh410h3(2g+w)2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.24ANSYS,Inc.ProprietaryGSSG结构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设置实例设置实例gw2g+wh410h注意:
如果建立的端口高度或宽度超过了/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.ProprietaryGSGSG结构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设置实例设置实例gw2g+wh410h注意:
如果建立的端口高度或宽度超过了/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设置实例设置实例同轴馈电双极振子天线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波导端口设置的注意事项圆波导端口圆波导端口圆波导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极化线的定义极化线的定义在端口定义窗口,做出积分线在端口定义窗口,做出积分线选中选中PolarizeEField注意即使定义了积分线,并选中PolarizeEField,对于TE11模,另外一个垂直方向的模式也是可能存在的,因此,圆波导应当求解两个模式2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.33ANSYS,Inc.Proprietary积分线是定义端口时的选项设置,积分线是定义端口时的选项设置,在以下几种情况下,应当定义积分线:
在以下几种情况下,应当定义积分线:
确保多端口S参数相位的一致性关注Sij的相位多端口天线组阵需要计算端口电压时HFSS默认的端口阻抗是Zpi,如果要得到Zpv和Zvi,应当定义积分线电场沿着积分线积分得到电压WavePort和积分线和积分线IntegrationLinePort1Port2Port1Port2IntegrationLine箭头方向不一致,不推荐2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.34ANSYS,Inc.ProprietaryWavePort的端口特性阻抗由的端口特性阻抗由HFSS自动计算自动计算在端口定义窗口中,定义Modes时选择CharacteristicImpedance用以计算S参数Zpi:
功率电流阻抗(HFSS默认)Zpv:
功率电压阻抗Zvi:
电压电流阻抗端口特性阻抗的三种定义端口特性阻抗的三种定义34IIPZpi=sdsHIPVVZpv=dlEVl=ZpvZpiZvi=定义积分线后,可以得到Zpv和Zvi2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.36ANSYS,Inc.Proprietary设置计算设置计算S参数时的归一化阻抗参数时的归一化阻抗默认归一化阻抗为HFSS求解得到的端口阻抗(PortZ0),端口的重新归一化设置在端口定义中的PostProcessing选项卡设置重新归一化无须重新求解整个模型,软件自动更新结果端口后处理选项:
重新归一化端口后处理选项:
重新归一化36DoNotRenormalize直接利用HFSS求解的端口阻抗归一得到S参数RenormalizeAllModes对于所有模式用同样的阻抗重新进行归一化RenormalizeSpecificModes对于各个模式选择不同的归一化阻抗,或者不做重新归一化2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.37ANSYS,Inc.Proprietary改变计算改变计算S参数时的参考面参数时的参考面在端口的PostProcessing选项卡中设置利用HFSS端口求解得到的传播常数推算参考面改变后的S参数端口必须是WavePort,只能在均匀传输线部分进行,不要穿越可以包含传输线的损耗无须重新求解整个模型端口后处理选项:
去嵌入端口后处理选项:
去嵌入距离为正,向模型内部去嵌入,相当于缩短传输线距离为负,向模型外部去嵌入,相当于延长传输线2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.38ANSYS,Inc.ProprietaryLumpedPort2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.39ANSYS,Inc.Proprietary从给定的位置,用指定的阻抗强制加电从给定的位置,用指定的阻抗强制加电可看作信号加入的地方或测试系统的内阻直接接入可看作信号加入的地方或测试系统的内阻直接接入建立方法建立方法在电磁场集中的位置上作二维物体,信号线与地连接做好的二维物体选中定义为集总端口作积分线(必须),给定端口阻抗(必须)LumpedPort信号线焊盘地焊盘定义集总端口的面加入信号后焊盘周边的场分布电磁场集中在信号线的Pad和GND的Pad之间在电磁场集中的区域定义集总端口2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.40ANSYS,Inc.ProprietaryLumpedPort是内部端口,必须定义在周边有场存在的区域是内部端口,必须定义在周边有场存在的区域集总端口的长和宽要远远小于波长集总端口的长和宽要远远小于波长端口积分线的起点和终点必须和端口积分线的起点和终点必须和PerfectE或金属表面相接或金属表面相接集总端口的侧边是集总端口的侧边是PerfectH,两个集总端口的边缘不能相接,两个集总端口的边缘不能相接可以和可以和WavePort混合定义混合定义仅能用于仅能用于TEM模式或准模式或准TEM模式模式不可用于波导等非TEM模式的传输线中不能进行DeembedingLumpedPort定义时的注意事项定义时的注意事项2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.41ANSYS,Inc.Proprietary多针连接器多针连接器在结构中增加地平面集总端口将针脚与地连接集总端口定义实例集总端口定义实例由于结构中没有明确的地,因而需要建立地平面,作为集总端口的参考面增加的GND平面2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.42ANSYS,Inc.Proprietary在电路仿真需要考虑布线寄生效应时在电路仿真需要考虑布线寄生效应时在电路元件所在位置定义集总端口每个元件须定义两个端口可通过设置端口名实现端口和元件的映射集总端口的应用集总端口的应用电路中的元器件如果元件接入的位置,无法接地,或接地不方便,可采用这种方法处理LumpedPort1LumpedPort22011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.43ANSYS,Inc.Proprietary要得到正确结果,两个集总端口之间必须形成回流通路要得到正确结果,两个集总端口之间必须形成回流通路实际测试时,回流通路一定是存在的集总端口集总端口如果地环封闭,则在信号线和地线之间定义端口如果地环没有封闭,则建桥,将地连接,然后定义集总端口2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.44ANSYS,Inc.Proprietary集总端口必须定义积分线集总端口必须定义积分线为确保多端口S参数相位的一致性,积分线的定义方向必须一致LumpedPort的的IntegrationLine信号线GND焊盘IntegrationLine箭头方向不一致,不推荐2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.45ANSYS,Inc.ProprietaryLowPassFilter和Designer/Nexxim协同仿真HFSS仿真版图,在放元件的位置定义端口在Designer/Nexximzhong调用HFSS,将Designer中的元件接入元件参数可以优化LumpedPort应用实例应用实例Port1Port26nH6nH6nH4pF4pFC1_1:
1C1_2:
1C2_1:
1C2_2:
1L1_1:
1L1_2:
1L2_1:
1L2_2:
1L3_1:
1L3_2:
1WavePort1:
1WavePort2:
12011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.46ANSYS,Inc.ProprietaryFloquet端口端口用于周期性结构,与周期性边界条件相结合用于周期性结构,与周期性边界条件相结合阵列天线和频率选择性表面端口的边缘必须和周期性边界条件相接端口的边缘必须和周期性边界条件相接对于开放结构,无须定义对于开放结构,无须定义PML容易使用,速度快容易使用,速度快输出输出S参数包括相位和幅度参数包括相位和幅度2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.48ANSYS,Inc.ProprietaryFloquetport类似于Waveport,区别在于Floquetport邻近的边界必须是链接边界条件(LBCs,如周期性主从边界)端口材料必须是各向同性且匀质的模式由解析方法生成,而非本征解FloquetPortvsWavePort2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.92ANSYS,Inc.ProprietaryIncidentWave2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.93ANSYS,Inc.ProprietaryIncidentWave波的种类PlaneWaveHertzian-DipoleWaveCylindricalWaveGaussianBeamLinearAntennaWaveFarFieldWaveNearFieldWave2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.94ANSYS,Inc.Proprietary波的产生位置/相位基准点不同的IncidentWave根据不同的波函数定义PlaneWave等波的相位基准点HertzianDipole等任意点产生的波波的产生位置2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.95ANSYS,Inc.ProprietaryPlaneWave平面波Cartesian直角坐标系的定义E0Vector:
电场矢量方向kVector:
波传播方向Spherical极坐标系定义E0Vector:
电场矢量方向IWavePhi和IWaveTheta:
波传播方向Step:
角度间隔2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.96ANSYS,Inc.ProprietaryPlaneWave平面波设置选项Regular/PropagatingEvanescent传播方向衰减EllipticallyPolarized椭圆极化波Angle:
Ratio:
)()(+=rk2rk1EEEjjee12EERegular/PropagatingEvanescentEllipticallyPolarized2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.97ANSYS,Inc.Proprietary97HertzianDipole极小的偶极子天线可设置在任何位置设置选项天线所在位置(可设置在求解空间之外)电流值*偶极子长度辐射影响空间电偶极子/磁偶极子求解空间在原点位置在求解空间之外2011ANSYS,Inc.Allrightsreserved.98ANSYS,Inc.ProprietaryHertzianDipole设置方法AssignIncidentWaveHertzian-Dipo
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- HFSS 端口 激励 官方 说明