1609阅读
0回复

[第七课]HFSS激励与求解类型（2）

UID ：76274

注册：2011-04-25
登录：2023-04-13
发帖：65
等级：仿真一级

0楼发表于: 2018-02-07 20:17:58

HFSS激励的用法： m4R:KjN*
1、波端口激励： m4R:KjN*
    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。以图 5.23 为例，左侧的波导模型波端口设置是不正确的，因为该波导的两端都没有均匀横界面的部分；为了正确建模，需要在波端口处添加足够长度的均匀横截面。 m4R:KjN*
    设置步骤：从主菜单栏选择【HFSS】→【Excitations】→【Assign】→【Wave Port】，或者在三维模型窗口单击鼠标右键，从弹出菜单中单击【Assign Excitation】→【Wave Port】 m4R:KjN*
2、集总端口激励 m4R:KjN*
集总端口类似于传统的波端口，与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，因此集总端口无法进行端口平移操作。集总端口常用于微带线结构。和波端口设置过程一样，在 HFSS 中，对于模式驱动和终端驱动两种不同的求解类型，集总端口激励的设置过程也是不同的。 m4R:KjN*
设置步骤：新建一个矩形面作为集总端口平面，选中该矩形面，从主菜单栏选择【HFSS】→【Excitations】→【Assign】→ 【Lumped Port】，或者在三维模型窗口单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Excitation】→【Lumped Port】； m4R:KjN*
3、HFSS Floquet 端口激励 m4R:KjN*
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。 m4R:KjN*
    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。在设置 Floquet 端口激励时需要指定端口的栅格坐标系统（Lattice Coordinate System），该坐标系统的 a、b 轴分别表示周期性结构单元的排列方向。 m4R:KjN*
4、HFSS中的入射波激励 m4R:KjN*
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。 m4R:KjN*
5、HFSS 电压源激励、电流源激励和磁偏置激励 m4R:KjN*
电压源激励（Voltage…）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； m4R:KjN*
电流源激励（Current…）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； m4R:KjN*
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（Magnetic Bias…）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。 m4R:KjN*
二、HFSS求解器的用法 m4R:KjN*
1、HFSS-IE求解器 fbJa$
HFSS-IE的全称是积分方程法求解器，它是一个基于全波积分方程的电磁场求解器，该求解器采用的是面网格，求解的导体和介质模型表面的电流，由于HFSS-IE不需要另外绘制空气盒子并对其划分网格和计算，因此可以高效求解开发空间的辐射和散射问题，特别适合于计算大尺寸的开放域问题。 fbJa$
设置步骤：1.新建一个Project文件并添加HFSS-IE Design； fbJa$
2.模型参数化建模。注意，HFSS-IE里面是不需要单独绘制Air Box的！除了不需要绘制Air Box意外，HFSS-IE里面没有Curvilinear的网格类型，所以曲面会按照Surface Approximation选项中的设置采用多段折线的方式来进行逼近迭代。此外，HFSS-IE只支持各向同性的材料，并且不支持铁氧体材料。 fbJa$
3.给材料赋值及边界条件： fbJa$
HFSS-IE的边界条件类型比较少，其中Infinite Ground Plane的边界条件必须设置和X-Y平面平行，通过Z Location选项可以调节其在Z轴方向的具体位置。此外，Infinite Ground Plane边界条件上可以通过设置Aperture边界条件来实现类似金属上开孔的效果。特别注意的是，HFSS-IE的Select Material选项中只能选择金属材料（如铜、理想导体等）。 fbJa$
4.设置端口和激励： fbJa$
HFSS-IE里面的激励只能设置成Terminal Lumped Gap Port和Incident Wave两种，具体设置方法与HFSS主界面一致。通过设置Incident Wave端口，可以利用Data Link将HFSS中计算得到的远场和近场辐射数据作为激励源链接到HFSS-IE当中，实现场到场的协同分析。 fbJa$
5.设置求解条件： fbJa$
HFSS-IE的求解设置界面与HFSS基本相同，只是少了一些选项，需要注意的是，HFSS-IE不支持快速扫频方式，在进行表格网格剖分时，HFSS-IE将考虑到波长细分参数（Lambda Refinement），对于介质的表面，对应于电磁波在该介质中的波长；对于导体而言，则对应于电磁波在周围传播媒质中的波长。 fbJa$
6.结果查看和后处理： fbJa$
在后处理方面，HFSS-IE与HFSS基本一致，需要注意的一点是因为端口激励的类型是Terminal，所以在Edit Sources里面，HFSS-IE定义幅度时是激励电压大小而不是HFSS里面的入射波功率。另外，在场图显示中，J和Q代替了HFSS当中的E和H。 fbJa$
2、HFSS-FEBI求解器 fbJa$
HFSS-FEBI的全称是有限元-积分方程混合算法求解器，它是基于基于有限元算法和全波积分方程算法的一个混合求解引擎，有限元法擅长求解具有复杂结构、介质材料和复杂激励的问题。而积分方程法擅长求解大的开放空间问题。FEBI求解器有效地结合了两种方法的优点，在物体内部精细结构体内采用FEM求解，在物理表面采用IE求解，这样的好处就是在保证结果精度的同时可以大幅度的缩减求解空间，特别适合于计算带介质腔的电大尺寸的开放域问题，如带天线带天线罩的一体化仿真。 fbJa$
设置步骤： fbJa$
fbJa$
1.新建一个Project文件并添加HFSS Design； fbJa$
2.模型参数化建模； fbJa$
3.绘制Airbox辐射盒子； fbJa$
FEBI求解器在原则上对辐射盒子到辐射体的距离尺寸没有要求，但一般仍然建议尺寸放到λ/8左右，保证积分面上的网格质量。 fbJa$
4.给材料赋值及边界条件； fbJa$
5.设置端口和激励； fbJa$
6.设置求解条件； fbJa$
HFSS-FEBI的求解设置界面与普通的HFSS相同，在进行表格网格剖分时，HFSS-FEBI将考虑到波长细分参数（Lambda Refinement），对于介质的表面，对应于电磁波在该介质中的波长；对于导体而言，则对应于电磁波在周围传播媒质中的波长。 fbJa$
7.结果查看和后处理，在后处理方面，HFSS-FEBI与HFSS基本一致。 c=p!2jJ1K~
3、HFSS时域瞬态求解器(HFSS Transient) c=p!2jJ1K~
        HFSS时域求解是基于间断伽略金法（discontinuous Galerkin method, DGTD）的三维全波电磁场仿真求解器，采用基于四面体有限元技术，能得到和HFSS频域求解器一样的自适应网格剖分精度，该技术使得HFSS的求精精度成为电磁场行业标准。工程师可利用短脉冲激励对探地雷达、静电放电、电磁干扰和雷击等应用问题开展研究。其它的应用包括时域反射阻抗以及短时激励下的瞬态场显示也可以借助它来完成。这项技术完善了HFSS的频域求解器技术，帮助工程师对更加深入详细了解其所设计器件的电磁性能。 c=p!2jJ1K~
4、积分方程求解器(HFSS-IE) c=p!2jJ1K~
        HFSS-IE是可选的附加求解器，采用矩量法对开区域的导体表面电流源以及介质体进行计算。HFSS-IE适用于对电大尺寸结构的辐射以及散射特性研究。其集成于HFSS界面中，可与HFSS共享几何模型、材料以及某些关键的求解器技术。与HFSS一样，该求解器使用改良的自适应算法进行最适宜的网格剖分，使用户对计算结果更加信任。该求解器采用自适应交叉近似（ACA）方法结合迭代矩阵求解来降低内存消耗和复杂的计算请求，使其可以求解超大规模的问题。 c=p!2jJ1K~
        用户可以在HFSS-IE中通过数据链接的方式将HFSS中的工程设计作为激励源。这样馈源可以在HFSS中创建，之后只需点击鼠标即可以将仿真的场结果导入HFSS-IE的工程设计中去。作为一个选项功能，用户也可以将源仿真的馈源结构包含到HFSS-IE的设计模型中去，从而得到包含其散射特性的最终结果。 c=p!2jJ1K~
        工程师可以结合HFSS建立一个联合工程，并选择最佳的求解器来仿真不同的待求问题，从而充分发挥各自求解器的优势。 c=p!2jJ1K~   ..

未注册仅能浏览部分内容，查看全部内容及附件请先登录或注册

发帖回复