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[第五课]HFSS边界条件的类型和设置

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0楼发表于: 2018-04-08 10:48:34

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。
指定Ansoft HFSS的边界条件的目的在于（1）建立的模型指定为开放或者封闭的电磁模型，如天线需要建立开放的模型，而波导为封闭模型；（2）简化电磁仿真模型，提高仿真速度。
HFSS 中定义了多种边界条件类型，主要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）。
在三维模型窗口点击右键，从弹出菜单中选择【Assign Boundary】操作命令，即可打开 HFSS 中所有边界条件的列表，如下图所示。

（1）理想导体边界PEC。HFSS的默认背景边界条件为理想电边界条件，也就是说建立求解的模型被自动地被理想电边界包围。PEC边界条件同时可以应用在模型内部，在该平面上，电场方向和该平面垂直。PEC边界条件可以指定给2D的平面物体，代表该传输线是理想的无耗物体。任何与背景相接触的表面都会被设置为理想导体边界。
a、任何与背景相关联的物体表面将被自动地定义为理想电边界并且命名为outer的外部边界条件。
b、任何材料被赋值为PEC（理想电导体）的物体的表面被自动的赋值为理想电边界并命为smetal边界。
（2）理想磁边界PMC Perfect H理想磁边界条件可以用来创建一个自然边界或者模拟一个理想磁导体，该边界条件可以应用在物体内部或者模型外边界。如果应用在内部，HFSS将迫使在该平面两边的磁场切向分量相等；如果应用在模型边界，等效为一个理想的磁边界，磁场的切向分量为零。
（3）辐射边界条件  辐射边界也被称为吸收边界。辐射边界使该边界能够模拟开放的表面。即波能够朝着辐射边界的方向辐射出去。系统在辐射边界处吸收电磁波，本质上就可把边界看成是延伸到空间无限远处。辐射边界可以是任意形状并且靠近结构，但一般要距离模型四分之一波长，对包含辐射边界的结构，计算的S参数包含辐射损耗。当结构中包含辐射边界时，远区场计算作为仿真的一部分被完成。
（4）理想匹配层   这是个假想的材料能够完全吸收电磁场，这些材料是各向异性的，有两种形式的PML，一种是自由空间终止，它意味着电磁场从这个表明辐射到自由空间的任意方向，这种情况下要比radiation边界更合适，因为PML可以和模型距离很近，减少空间问题，另一中PML是反射自由终止，它类似一个波导，波沿该方向传播到无限。PML是一种虚构的边界条件，它能将入射其上的电磁波完全吸收，是一种假想的复各向异性材料。理想匹配层边界条件在HFSS同样用来创建一个开放模型，仿真天线是同样可以选用它。
（5）有限导体边界  有限电导率边界将把物体表面定义有耗（非理想）的导体。并且可类比为有耗金属材料的定义。为了模拟有耗表面，应提供以西门子/米（Siemens/meter）为单位的损耗参数以及导磁率参数。并且可以是频率的函数。定义材料介电常数、磁导率、电导率、损耗。当创建的2D平面模型需要模拟导体时可以使用有限导电率边界条件，在模拟微带线时很有用，但有限电导率边界条件仅仅在模拟薄导带的厚度比趋肤深度厚的情况下才有效。
（6）阻抗边界条件   一个用解析公式计算场行为和损耗的电阻性表面。表面的切向电场等于Zs(n xHtan)。表面的阻抗等于Rs + jXs。其中，Rs是以ohms/square为单位的电阻，Xs 是以ohms/square为单位的电抗。定义阻抗实部和虚部，随着频率发生变化。阻抗边界条件主要用于仿真具有方阻特性表面薄材料，如薄膜电阻等。
（7）对称边界条件  使用对称边界条件可以减小整个电路的仿真尺寸和仿真时间。表现为E面和H面的对称。值得注意的是，使用终端驱动模式不能使用该边界条件。应用对称边界，可以使得在构造结构时仅构造一部分，这就减小了设计的尺寸和复杂性，因此缩短了求解问题的时间。定义对称面应遵循原则：对称面必须暴露于背景；对称面不能穿过3D模型窗口中的物体；对称面必须定义在一个平面上；一个问题中只能定义3个垂直的对称面。若电场垂直于对称面，就使用理想电壁对称面；若磁场垂直于对称面，就使用理想磁壁对称面；为了使设置了对称边界条件结构的端口阻抗和没设置的端口阻抗一致，则需要设置端口阻抗倍乘系数。对称E面，为2；对称H面，为0.5。
（8）主从边界条件  当仿真模型包含有大量重复或者周期性的阵列结构时，主从边界条件在这种情况下将十分有用。主从边界能够模拟一个平面上的电场与另一个平面上的电场有一个周期性的相位差。遵循原则：主从边界只能定义在平面上，可以是2D和3D物体表面。一个边界上的几何结构必须与其他边界上的几何结构匹配。即主边界是矩形结构，则相应的从边界结构必须是同等大小的矩形。
（9）集总RLC边界条件。集成RLC边界条件主要模拟理想电阻、电感或者电容等集总元器件，可以模拟单个元件或者RLC的并联电路。集成RLC边界条件可以看成更近的电阻边界条件，可以直接指定电阻、电容、电感的值。无源的并联器件可以直接指定边界条件的值，而串联的元器件则需在两个串联的2D平面上指定两个独立RLC边界条件。
（10）分层阻抗边界条件分层阻抗边界条件用于将多层结构模拟为一个阻抗表面。对于内部和外部的分层阻抗边界，电阻和电抗的计算是不同的。它可以同时考虑导体表面的平整度。
（11）无限大地平面  如果要模拟无限大地平面的作用，在设置PEC，PMC等边界时，选择无限大地平面复选框。地面可以看成是无限的、理想电壁、有限电导率或者是阻抗的边界条件。如果结构中使用了辐射边界，地面的作用是对远区场能量的屏蔽物，防 ..

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