[第五课]熟悉HFSS边界条件的类型和设置

1：熟悉HFSS边界条件的 意义及准确设置的重要性 \K{0L  
n.`($yR_  
HFSS 中波动方程的求解同样是由微分形式的麦克斯韦方程推导而来的。只有在假定场矢量是单值、有 5T_n %vz  
界并且沿空间连续分布的前提下，微分形式的麦克斯韦方程组才是有效的；而在求解区域的 &0OG*}gi  
边界、不同介质的交界处以及场源处，场矢量是不连续的，那么场的导数也就失去了意义。 qo90t{|c  
边界条件就是定义跨越不连续边界处的电磁场的特性，因此，正确地理解、定义并设置边界 4n!aW?%  
条件，是正确使用HFSS 仿真分析模型电磁场特性的前提。 1R{!]uh  
正确地使用边界条件，不仅是HFSS 能够仿真计算出准确结果的前提，而且还可以很好地降低模型的复杂度。 ,.83m%i  
['X]R:3h  
F3v!AvA|  
2：边界条件类型 x=hiQ>BIO0  
pMx*F@&nU  
HFSS 中定义了多种边界条件类型，主要有理想导体边界条件（Perfect E）、理想磁边界 |mdVdD~go  
条件（Perfect H）、有限导体边界条件（Finite Conductivity）、辐射边界条件（Radiation）、对 nzuX&bSw  
称边界条件（Symmetry）、阻抗边界条件（Impedance）、集总RLC 边界条件（Lumped RLC）、 'RQ+g}|Ba!  
无限地平面（Infinite Ground Plane）、主从边界条件（Master and Slave）、理想匹配层（PML） [LjT*bi  
和分层阻抗边界条件（Layered Impedance）。 L%*!`T
N  
hYT0l$Ng  
3：常用边界条件介绍 W#4 7h7M  
@;zl  
理想电导体边界条件Perfect E 是理想电导体边界条件，或简称为理想导体边界条件。这种边界条件的电场矢 w;[NH/A^a  
量（E-Field）垂直于物体表面。在HFSS 中，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。 _(W+S`7Z  
（1）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。 \}u Y'F  
（2）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。 l6T-}h:=  
pXT4)JDpc  
理想磁边界条件 ^pAAzr"h
v  
N ,'GN[s  
Perfect H 是一种理想的磁边界条件，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。需要说明的是，在真实世界中不存在理想磁边界，它只是理论上的约束 B4c]}r+  
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。（1）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。 =w_Ype`  
U3ADsdn  
（2）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 =r?hgGWe  
能可以模拟在地平面上开个孔允许同轴馈线进出。 ??
-[eB.  

0U(@=7V  
有限导体边界 {3>$[bT  
fnjPSts0  
有限导体边界（Finite Conductivity）用来把物体表面定义为有耗导体，它是非理想的导体边界条件。非理想导体的表面电场存在切向分量，用以模拟表面的损耗。和有耗导体 F 5bj=mI  
材料的定义相似，为了模拟有耗导体的表面损耗，在定义有限导体边界条件时，用户需要提供以西门子/米（S/m）为单位的损耗参数—电导率。任何非理想导体材料（如铜、铝等金 n71r_S*  
属材料）的物体表面都自动地定义为有限导体边界。 gq4Tb c oA  
?K$(817  
辐射边界条件 M)J5;^["  
w=0(<s2  
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。 a?I= !js  
b(eNmu  
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θ 表示波的传播方向和 x*/tyZg6  
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θ =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 T6y\|  
界表面平行，即θ =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 !=*g@mgF  
应不小于1/4 个工作波长。 sQUM~HD\a  
P%V'4pc  
阻抗边界条件 a+
[KI  
tzWSA-Li  
阻抗边界条件（Impedance）用以模拟已知阻抗值的电阻性表面，例如，图5.11 所示的威尔金森（Wilkinson）功分器，连接两个导体间的薄膜电阻在HFSS 中就可以使用阻抗边界 <.x{|p  
条件来实现。薄膜电阻为例，假设该薄膜电阻的阻值为35Ω，薄膜电阻的长宽分别为3.5 密耳和4 密耳，则N = 3.5/4 = 0.875，单位电阻Rs = 35/0.875 = 40Ω/square，单位电 CTB~Yj@d+  
抗Xs = 0Ω /square；然后在图5.12 所示“阻抗边界条件设置”对话框的Resistance 和Reactance处分别输入40 和0 即可。 q~b&  
QUwd [  
集总RLC 边界条件 e8>})  
集总RLC 边界条件（Lumped RLC）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Ω/square 的表面阻抗，用户只需要给出集总R、L、C 的真实值，HFSS 软件会自动计算出工作频率下集总RLC 边界以< .. vjbASFF0=  
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