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[第七课]激励和求解器的作用和用法（2）

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0楼发表于: 2018-02-07 23:05:57

任务一（旧版）：
求解器：
    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）不能定义辐射边界条件。
    （3）不能进行扫频分析。
    （4）不能包含铁氧体材料。
    （5）只有场解结果，没有 S 参数求解结果。
激励：
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。

集总端口激励：    集总端口激励和波端口激励是 HFSS 中最常用的两种激励方式。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，这里同样就模式驱动和终端驱动两种情况。

Floquet 端口激励：    在 HFSS 11 版本中引入了功能强大的 Floquet 端口，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，如图 5.41 所示。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。
     用户需要注意的是，在 HFSS 11 版本中，Floquet 端口还有如下的限制。
   （1）只有模式驱动求解类型（Driven Modal Solution）的设计可以使用 Floquet 端口。
   （2）Floquet 端口不支持快速扫频方式，可以支持离散扫频和插值扫频方式。
   （3）Floquet 端口的四周必须与主从边界条件相连。
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。
电压源激励：
     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。
     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。
电流源激励：
    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
     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。

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（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 ..

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1楼发表于: 2018-02-07 23:10:03

常用激励：波端口激励
1．模式驱动求解类型下波端口的设置
   这里，以图 5.24 所示的矩形波导为例说明模式驱动求解类型下波端口的设置过程和操作步骤，具体步骤如下。

图 5.24 矩形波导
    （1）选中波导端口面，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】，打开模式驱动求解类型下的波端口设置对话框，如图 5.25 所示。

图 5.25 “波端口设置”对话框一
    （2）在该对话框中，Name 项表示波端口名称，默认的波端口名称 WavePort1，这里保留默认名称。
    （3）单击下一步按钮，打开图 5.26 所示窗口，设置模式数和积分线。Number of Modes 项表示需要分析的模式数，默认值为 1；Mode、Integration Line 和 Characteristic Impedance(Z0) 项分别表示各个模式对应的积分线和特性阻抗的计算方式。单击模式 1 对应 Integration Line 列，在其下拉菜单中选择 New Line…，则会回到三维模型窗口，进入积分线设置状态；分别在端口上下边缘的中点位置单击鼠标确定积分线的起点和终点，设置好积分线后，自动回到“波端口设置”对话框。单击模式 1 对应的 Characteristic Impedance(Z0)列，可以设置模式 1 特性阻抗的计算方式，在其下拉菜单里可以选择 Zpi、Zpv或 Zvi。选中对话框下方的 Polarize E Field 复选框表示电场方向和积分线保持一致。

图5.26 “波端口设置”对话框二
    （4）再次单击下一步按钮，打开图 5.27 所示的后处理界面，选择 Renormalize All Modes 项，在 Full Port Impedance 栏输入 50，表示需要对 S 参数进行归一化处理，且归一化的阻抗为 50。Deembed Settings 是端口平移设置，选中 Deembed 复选框即可在其右侧输入端口平移的距离，需要注意的是，此处输入正数表示端口平面向模型内部移动，输入负数表示端口平面向外延伸。

图 5.27 “波端口设置”对话框三
    （5）最后单击完成按钮，完成模式驱动求解类型下波端口的设置。设置完成后，波端口的名称会自动添加到工程树的 Excitations 节点下，如图 5.28 所示。

图 5.28 模式驱动求解类型下设置好的波端口
    2．终端驱动求解类型下波端口的设置
    这里以图 5.29 所示微带线电路为例说明终端驱动求解类型下波端口的设置过程。模型中两根信号线的名称为 Microstrip1 和Microstrip2，参考地平面的名称为 GND，波端口设置步骤如下。

图5.29 微带线电路
     （1）在微带线的终端新建一个矩形平面作为波端口面，该矩形平面的下边缘与参考地相接触，矩形面的高度约为介质层厚度的6 倍，矩形面的宽度约为微带线宽度的5 倍，且微带线位于矩形面的中间，建好后的矩形面如图5.30 所示。

图 5.30 创建一矩形面作为波端口平面

    （2）选中新建的矩形面，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，从弹出菜单中选择【Assign Excitation】→【Wave Port】，打开图 5.31 所示的终端驱动求解类型下的“波端口终端线设置”对话框。

图 5.31 “波端口终端线设置”对话框
    （3）在该对话框中，左侧 Conducting Objects 栏列出了所有与该端口相接触的导体，通过对话框的按钮把参考地移动到 Reference Conductors 栏；在本例中，选中GND，然后单击按钮，把 GND 添加到 Reference Conductors 栏。
    （4）然后单击按钮，完成终端驱动下的波端口设置。设置完成后，波端口和终端线的名称会自动添加到工程树 Excitations 节点下，如图 5.32 所示。

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2楼发表于: 2018-02-07 23:10:40

HFSS求解设置：添加和定义求解设置
从主菜单栏选择【HFSS】→【Analysis Setup】→【Add Solution Setup】，或者右键单击工程树下的 Analysis 节点，从在弹出菜单中选择【Add Solution Setup】，打开分析设置对话框，进行求解频率和网格剖分的相关设置

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