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[第六课]HFSS中的激励类型和求解器

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0楼发表于: 2018-02-06 22:19:57

HFSS 中，激励是一种定义在三维物体表面或者二维物体上的激励源，这种激励源可以是电磁场、电压源、电流源或者电荷源。HFSS 中定义了多种激励方式，主要有波端口激励（Wave Port）、集总端口激励（Lumped Port）、Floquet 端口激励（Floquet Port）、入射波激励（Incident Wave）、电压源激励（Voltage Source）、电流源激励（Current Source）和磁偏置激励（Magnetic Bias）。所有的激励类型都可以用来计算场分布，但是只有波端口激励、集总端口激励和 Floquet 端口激励可以用来计算 S 参数。
（1）波端口激励
默认情况下，HFSS 中与背景相连的物体表面都默认设置为理想导体边界，没有能量可以进出，波端口设置在这样的面上，提供一个能量流进/流出的窗口。波端口激励方式常用于波导结构、带状线结构以及共面波导结构等模型的仿真计算。与背景相接触的端口，激励方式一般都设置为波端口激励。
HFSS 仿真器假定用户所定义的每一个波端口都和一个半无限长波导相连，该波导与波端口具有相同的横截面和材料属性。同时，定义成波端口的平面必须有一定长度的均匀横截面，以保证截止模的逐渐消失，从而确保仿真计算结果的精确性。
在波端口激励的设置时，需要考虑的有端口处的激励场，波动方程，模式，端口校准和积分线，S参数的归一化，端口平移，终端线等
（2）集总端口激励
       集总端口类似于传统的波端口，于波端口不同的是集总端口可以设置在物体模型内部，且用户需要设定端口阻抗；集总端口直接在端口处计算S参数，设定的端口阻抗即为集总端口上S参数的参考阻抗；另外，集总端口不计算端口处的传播常数γ，因此集总端口无法进行端口平移操作。（与波端口不同，集总端口边缘不与任何边界相连的部分默认边界条件是理想磁边界，因此集总端口的尺寸比波端口小）
注意：对于模式驱动和终端驱动这两种不同的求解类型，波端口和集总端口激励的设置方法都是不一样的。
（3）Floquet端口激励
       Floquet端口基于Floquet模式进行场求解，用于二维平面周期性结构的仿真设计，如平面相控阵列和频率选择表面等类型的问题。与波端口的求解方式类似，Floquet 端口求解的反射和传输系数能够以 S 参数的形式显示；使用 Floquet 端口激励并结合周期性边界，能够像传统的波导端口激励一样轻松地分析周期性结构的电磁特性，从而避免了场求解器复杂的后处理过程。此外，Floquet 端口允许用户指定端口处入射波的斜入射角和极化方式，然后从求解结果中选择所关心的极化分量。
        平面周期性结构可以看做由一个个相同的单元（Unit Cell）组成，使用Floquet端口和主从边界条件分析平面周期结构，用户只需要提取其中一个单元，然后建模。
（4）入射波激励
       入射波激励（Incident Wave）是用户设置的朝某一特定方向传播的电磁波，其等相位面与传播方向垂直；入射波照射到器件表面，和器件表面的夹角称为入射角。入射波激励常用于电磁散射问题，如雷达反射截面（RCS）的计算。 HFSS 最新版本允许用户分配 7 种不同类型的入射波激励，分别为 Plane Wave、Hertzian-Dipole Wave、Cylindrical Wave、Gaussian Beam、Linear Antenna Wave、Far Field Wave 和 Near Field Wave。
（5）电压源激励
        电压源激励是定义在两层导体之间的平面上，用理想电压源来表示该平面上的电场激励。定义电压源激励时，需要设置的参数有电压的幅度、相位和电场的方向。在使用电压源激励时，用户需要注意以下两点。
    （1）电压源激励所在的平面必须远小于工作波长，且平面上的电场是恒定电场。
    （2）电压源激励是理想的源，没有内阻，因此后处理时不会输出 S 参数。
（6）电流源激励
       电流源激励定义于导体表面或者导体表面的缝隙上，需要设定的参数有导体表面/缝隙的电流幅度、相位和方向。和电压源激励一样，在使用电流源激励时，用户也需要注意以下两点。
    （1）电流源激励所在的平面/缝隙必须远小于工作波长，且平面/缝隙上的电流是恒定的。
   （2）电流源激励是理想的源，没有内阻，因此后处理时不会输出 S 参数。
（7）磁偏置激励
当HFSS设计中使用到铁氧体材料时，需要通过设置磁偏置激励来定义铁氧体材料网格的内部偏置场；该偏置场使铁氧体中的磁性偶极子规则排列，产生一个非零的磁矩。如果应用的偏置场是均匀的，张量坐标系可以通过旋转全局坐标系来设置；如果应用的偏置场是非均匀的，不允许旋转全局坐标来设置张量坐标系。均匀偏置场的参数可以由 HFSS 直接输入，而非均匀偏置场的参数需要从其他的静磁求解器（如Ansoft Maxwell 3D 软件）导入。

求解器类型
在HFSS12.1之前的版本中，只有传统的基于有限元法（FEM）的求解器；在12.1之前又增加了基于矩量法（MoM）的HFSS-IE求解器。
（1）HFSS求解器
HFSS中4种求解类型：模式驱动求解（Driven Modal）、终端驱动求解（Driven Terminal）和本征模求解（Eigenmode）和瞬态求解类型（Transient）。
1．模式驱动求解类型
  以模式为基础计算 S 参数，根据导波内各模式场的入射功率和反射功率来计算 S 参数矩阵的解。
2．终端驱动求解类型
以终端为基础计算多导体传输线端口的 S 参数；此时，根据传输线终端的电压和电流来计算 S 参数矩阵的解。
  3．本征模求解类型
本征模求解器主要用于谐振问题的设计分析，可以用于计算谐振结构的谐振频率和谐振频率处对应的场分布，以及计算谐振腔体的无载 Q 值。应用本征模求解时，需要注意以下几点。
   （1）不需要设置激励方式。
   （2）不能定 ..

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1楼发表于: 2018-02-06 23:01:40

任务二：从上图中可以看出HFSS18中多了两种激励类型terminal和linked field。在help中找到18支持的激励类型列表，但是没有看到其他详细介绍。。

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