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[第五课]HFSS边界条件设置

既然选择了远方，就只顾风雨兼程

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0楼发表于: 2018-04-07 20:04:45

1、 HFSS中有近10种边界，查阅资料，了解每种边界的作用及用法。
分别有理想导体边界条件（Perfect E）、理想磁边界条件（Perfect H）、有限导体边界条件（Finite Conductivity）、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）和分层阻抗边界条件（Layered Impedance）。
（1）理想导体（电导体）边界条件：这种边界条件的电场矢量（E-Field）垂直于物体表面。如下两种情况下的物体边界会被自动设置为理想导体边界条件。
a.任何与背景相关联的物体表面都将被自动定义为理想导体边界，并自动命名为外部（Outer）边界条件；这种情况下，HFSS 假定整个结构被理想导体壁包围着。
b.材料属性设定为理想电导体（PEC）的物体模型表面会被自动定义为理想导体边界，并命名为s metal 边界条件。
理想导体边界条件的设置操作步骤如下:选中需要设置为理想导体边界条件的物体表面。从主菜单栏选择【HFSS】→【Boundaries】→【Assign】→【Perfect E】，或者在三维模型窗口内单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Boundary】→【Perfect E】。
（2）理想磁边界条件：这种边界条件的电场矢量与物体表面相切，磁场矢量与物体表面垂直。在真实世界中不存在理想磁边界，它只是理论上的约束条件。在 HFSS 中灵活应用理想磁边界条件，可以实现如下两个重要功能。
a. 在背景默认的理想导体边界条件上叠加理想磁边界条件，可以模拟开放的自由空间。
b. 在理想导体边界上叠加理想磁边界将去掉理想导体边界的特性，恢复所选择区域为其原先的材料特性；也就相当于在理想导体表面上开个口，允许电场穿过。例如，使用该功能可以模拟在地平面上开个孔允许同轴馈线进出。
对于理想磁边界叠加到理想导体边界的情况，我们也称之为自然边界条件。
设置步骤：选中需要分配为理想磁边界条件的物体表面。从主菜单栏选择【HFSS】→【Boundaries】→【Assign】→【Perfect H】，或者在三维模型窗口内单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Boundary】→【Perfect H】。
（3）有限导体边界条件：用来把物体表面定义为有耗导体，它是非理想的导体边界条件。非理想导体的表面电场存在切向分量，用以模拟表面的损耗。和有耗导体材料的定义相似，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。
有限导体边界条件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，导体的厚度要远大于导体的集肤深度。如果在工作频率范围内导体的厚度与导体的集肤深度相当，则需要定分层阻抗边界条件。任何非理想导体材料（如铜、铝等金属材料）的物体表面都自动地定义为有限导体边界。有限导体边界条件的设置操作步骤如下。（1）选中需要分配为有限导体边界条件的物体表面。（2）从主菜单栏选择【HFSS】→【Boundaries】→【Assign】→【Finite Conductivity】，或者在三维模型窗口内单击鼠标右键，从弹出菜单中选择命令【Assign Boundary】→【Finite Conductivity】。
（4）辐射边界条件：辐射边界条件（Radiation）也称为吸收边界条件（Absorbing Boundary Condition，ABC），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。系统在辐射边界处吸收了电磁波，本质上就可以把边界看成是延伸到空间无限远处。在 HFSS 设计中定义了辐射边界条件后，软件会自动计算该设计的辐射场。
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theta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theta=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theta=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。辐射边界条件的设置操作步骤：（1）选中需要分配为辐射边界条件的物体表面，如果该物体所有表面都需要设置为辐射边界，可以直接选中该物体。（2）从主菜单栏选择【HFSS】→【Boundaries】→【Assign】→【Radiation】，或者在三维模型窗口单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Boundary】→【Radiation】。
（5）对称边界条件：对称边界条件（Symmetry）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。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。（1）对称面必须暴露在背景中。（2）对称面必须定义在平面表面上，不能定义在曲面上。（3）同一个设计最多只能定义 3 个相互正交的对称面。
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。应用时关注阻抗倍乘器。
（6）阻抗边界条件：阻抗边界条件（Impedance）用以模拟已知阻抗值的电阻性表面。连接两个导体间的薄膜电阻在 HFSS 中就可以使用阻抗边界条件来实现。
（7）集总RLC 边界条件：集总RLC边界条件是用一组并联的电阻、电感和电容来模拟物体表面。与阻抗边界条件不同的是，用户不需要自己计算提供单位为Ohm/square的表面阻抗，用户只需要给出集总R、L、C的真实值，HFSS软件会自动计算确定任意频率下集总RLC边界以Ohm/square为单位的表面阻抗。快速扫频支持集总RLC边界条件。
（8）无限地平面：如果需要将有限大的边界表面模拟成无限大的地平面，需要设置无限地平面边界条件（Infinite Ground Plane）。在理想导体边界条件、有限导体边界条件和阻抗边界条件的设置对话框中，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、远区辐射场的计算结果。
设置无限大地平面边界条件时，需要满足：（1）无限大地平面必须暴露在背景上。（2）无限大地平面必须定义在平面上。（3）无限大地平面和对称面的总数不能超过3个。（4）无限大地平面和对称面必须互相垂直。
（9）主从边界条件：主从边界条件（Master and Slave）也称为关联边界条件（Linked Boundary Condition，简称LBC），用于模拟平面周期结构表面。主从边界条件包括主边界和从边界两种边界条件，二者总是成对出现的，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。
在定义主从边界条件时，可以直接指定主从边界表面的相位差；或者通过指定扫描角phi和theta，由软件自动计算主从边界表面的相位差。
在HFSS中，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，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性。
（10）理想匹配层：理想匹配层（Perfectly Matched Layers，简称PML）是能够完全吸收入射电磁波的假想的各项异性材料边界。理想匹配层有两种典型的应用：一是用于外场问题中的自由空间截断，二是用于导波问题中 ..

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1楼发表于: 2018-04-07 20:27:37

好东西！！！！！！！

射频高手！

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