[第五课]第五课学习心得

HEFSS 中定义的多种边界条件类型，包括理想导体边界条件(perfect E)、理想磁边界条辐射边界条件(perfect H)、有限导体边界条件(finite conducyivity)、辐射边界条件(radiation)、对称边界条件(symmetry)、阻抗边界条件(impedance)、集总RLC 边界条件(lumped RLC)、无限地平面(infinite ground plane)、主从边界条件(master and slave)、理想匹配层(PML)、分层阻抗边界条件(layered impedance)。 k*4?fr  
1、理想导体边界条件(Prefect E) 5m+:G
iI  
作用:设定理想导体边界条件后，HFSS假定整个结构被理想导体壁包围 g"3h#SMb  
用法:用于任何与背景相关联的物体表面，并自动命令为外部边界条件。也用于材料属性设定为理想电导体(PEC)的物体模型表面 XU0"f!23x  
2、理想磁边界条件( Prefect E) 2#Au6BvX  
作用:背景默认的理想导体边界上叠加理想磁边界条件，可以模拟开放的自由空间。在理想导体边界上叠加理想磁边界条件，恢复所选区域为其原先的材料特性 a<V=C  
用法:电场矢量与物体表面相切，磁场矢量与物体表面垂直，是理论上的约束条件 z^4\?R50yO  
3、有限导体边界（Finite Conductivity） w?AE8n$8  
作用:用来把物体表面定义为有耗导体，它是非理想的 Dz&4za+{  
导体边界条件。表面电场存在切向分量，用以模拟表面的损耗。和有耗导体 ]T+.kC M  
材料的定义相似，为了模拟有耗导体的表面损耗，在定义有限导体边界条件时，用户需要提供以西门子/米（S/m）为单位的损耗参数—电导率，据此可以计算表面电场的切向分量，即Etan = Zs (n× Htan) F|V co]"S1  
式中，Zs 是边界的表面阻抗，Zs = (1+ j)/ δσ ；δ 是有耗导体的集肤深度，δ = 2 /ωµσ ;ω 是电磁波的角频率；σ、µ 是需要用户提供的导体的电导率和磁导率；n 是表面法向单位矢量；Htan 是磁场的表面切向分量。 RU`TzD  
用法:只有在导体模型为良导体时才有效，也就是说在工作频率范围内，导 'Ph4(Yg  
体的厚度要远大于导体的集肤深度。 )N-+,Ms  
任何非理想导体材料（如铜、铝等金 Lw
UvM  
属材料）的物体表面都自动地定义为有限导体边界。 qi7wr\XNW  
4、辐射边界条件（Radiation） ^}8_tZs8\  
作用:在 HFSS 分析辐射、散射类问题时用以模拟开放的自由空间，常用于天线问题的分析。 Y54*mn  
用法:辐射边界条件是自由空间的近似，这种近似的准确程度取决于波的传播方向与辐射 n20H{TA  
边界表面之间的角度以及辐射源与边界表面之间的距离。这里以θ 表示波的传播方向和辐射边界表面之间的角度，当波的传播方向与辐射边界表面正交，即θ =0°时，电磁能量几乎全部被边界吸收，反射系数最小，此时仿真计算结果最准确；当波的传播方向与辐射边界表面平行，即θ =90°时，电磁能量几乎全部被辐射边界反射回去，此时仿真计算结果的准确度最差。另外，通常情况下，为了保证计算结果的准确度，辐射边界距离辐射体应不小于 1/4 个工作波长。 {kJ[)7  
5、对称边界条件（Symmetry） utwh"E&W  
作用:用来模拟理想电壁对称面或者理想磁壁对称面。在 HFSS中，应用对称边界条件，可以沿着对称面将模型一分为二，在建模时只创建模型的一个部分，这样能够减少物体模型的几何尺寸和设计的复杂性，有效地缩短问题求解的时间。 0nAeeVz|  
用法:使用对称边界条件，在定义对称面时需要遵循以下几个原则。 e?G*q)l  
（1）对称面必须暴露在背景中。 kmW!0hm;e  
（2）对称面必须定义在平面表面上，不能定义在曲面上。 eT+MN`
 
（3）同一个设计最多只能定义 3 个相互正交的对称面 2597#O  
在应用对称边界条件之前，用户首先需要确定对称面的类型。HFSS 中有理想电壁和理 4(JxZ49  
想磁壁两种类型的对称面：如果电场垂直于对称面对称，那么就使用理想电壁对称面；如果磁场垂直于对称面对称，那么就使用理想磁壁对称面。由于只需构造模型的一部分，端口的尺寸发生了变化， q_f v1U3  
因此端口处的电压、电流和功率都有可能与完整的模型不同，进而影响到端口的特性阻抗。为了使定义了对称边界条件后，物体的端口特性和原端口保持一致，在定义对称边界条件时需要正确设置阻抗倍乘器（Impedance Multiplier）。 e7L;{+XI  
6、阻抗边界条件（Impedance） k#%19B  
作用:用以模拟已知阻抗值的电阻性表面 #k=!>%+E  
用法:在设置阻抗边界条件时，用户需要给出单位Ω/square 的电阻值 Rs 和电抗值 Xs，表面的阻抗值 Zs = Rs + jXs。据此，阻抗边界条件上的表面电场切向分量为Etan= Z s(n×Htan),其中，Zs 是前面定义的以Ω/square 为单位的表面阻抗；n 是表面法向单位矢量；Htan 是磁场的表面切向分量。电阻值 Rs和电抗值 Xs可以 .. UhCd,  
zck)D^,aO  

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8.无限地平 @/7Rp8Fr  
面边界条件（Infinite Ground Plane） \|&5eeE@  
作用:在理想导体边界条件、有限导体边界条件和阻抗边界条 9Pb0Olh  
件的设置对话框中，都有 Infinite Ground Plane 复选框，选中该复选框即表示将该边界条件同 U&eLj"XZ  
时设置为无限大地平面边界。设置无限大地平面边界条件只影响后处理过程中近区、远区辐 etDB|(,z  
射场的计算结果。 >$"bwr}'4B  
用法:设置无限大地平面边界条件时，需要满足以下要求。 Ahebr{u  
（1）无限大地平面必须暴露在背景上。 WD)[Ac[  
（2）无限大地平面必须定义在平面上。 yWK[@;S]%  
（3）无限大地平面和对称面的总数不能超过 3 个。 j/Kw-h ,5"  
（4）无限大地平面和对称面必须互相垂直。 Kc{wv/6}T  
9、主从边界条件（Master and Slave) }M~AkJL  
作用:用于模拟平面周期结构表面 $Y4 Ao-@  
用法:主从边界条件包括主边界和从边界两种边界条件，二者 dvj`%?=  
总是成对出现的，且主边界表面和从边界表面的形状、大小和方向必须完全相同，主边界表 FP\[7?ZLn  
面和从边界表面上的电场存在一定的相位差，该相位差就是周期性结构相邻单元之间存在的相位差 HxM-VK'  
建立一对主、从边界表面，除了要求主、从边界表面形状大小完全相同外， uIPR*9~6o  
还必须使用 UV 相对坐标系来设置主、从边界表面的方向，以保证主从边界表面方向的一致
&`%C'KZ  
性。以图 5.17 为例，要使图中的主、从边界表面完全匹配，相应的从坐标系需要沿逆时针旋 ^Ta"Uk'  
转 90°，以保证 U、V 方向轴方向一致 G37_ `C  
10、理想匹配层（Perfectly Matched Layers，PML） #e0+;kBh  
作用:一是用于外场问题中的自由空间截断，二是 QDDSJ>l5_T  
用于导波问题中的吸收负载。 4v?S`w:6  
用法:对于导波的吸收负载，理想匹配层模拟导波结构均匀地延伸到无穷远处。 4i19HD_  
对于自由空间截断的情况，理想匹配层的作用类似于辐射边界条件，PML 表面能够完全 O0I/^  
吸收入射的电磁波。和辐射边界条件相比，理想匹配层因为能够完全吸收入射的电磁波，零 Sn+Y
i  
反射，因此计算结果更精确；同时理想匹配层表面可以距离辐射体更近，差不多 1/10 个波长 DuFlN1Z  
即可，而辐射边界表面一般需要距离辐射体大于 1/4 个波长。 7:;V[/  
11、分层阻抗边界条件（Layered Impedance） ><DE1tG  
作用:是用多层结构将物体表面模拟为一个阻抗表面， CRf^6k_;(  
其效果与阻抗边界条件相同 (C:rH  
用法:对于分层阻抗边界条件，HFSS 是 j"dbl?og  
根据输入的分层结构数据和表面粗糙度来计算表面电阻值和表面电抗值的。分层阻抗边界条 6RtpB\hq  
件不支持快速扫频。 @rdC/=Y[  

设置以上十一种边界条件时，均有两种方法 Dn[
1BWM/7  
（一）菜单栏-HFSS-Boundaries-Assign-(各条件所对应英文选框) Dz{e@+>M  
（二）三维建模窗口-Assign Boundaries-（各条件所对应英文选框） f.= E
.%  

HFSS常用2种边界条件： PML和PEC，一种是理想磁边界，一种是理想电场边界。磁边界很像暗室。电边界收敛性比较好。