关于求解器HFSS的那些事，以一个差分对仿真实操为例（附直播教程）

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了HFSS中的两种求解类型：模式驱动和终端驱动。这两种求解类型在激励类型、仿真结果、端口设置方法、能量传输、选择和应用等方面存在区别。模式驱动适用于单导体和多导体传输线问题，而终端驱动适用于多导体传输线，特别是信号完整性类型的问题。在单TEM模激励的问题中，模式驱动和终端驱动是等效的。最后，文章还介绍了HFSS高频电磁免费公开课的相关内容。

很多刚刚接触HFSS的朋友可能对Solution type中的Driven Modal（模式驱动）和Driven Terminal（终端驱动）的概念有点混淆，本文着重讲解这两种求解类型的区别。

一、模式驱动和终端驱动的理解

模式驱动和终端驱动是HFSS的两种最常用的求解类型，驱动可以理解为HFSS中的激励。模式的定义：对于一个给定外形尺寸的波导或传输线，在某个特定频率处有一系列的场图满足Maxwell方程，这些不同的场图也叫做模式。终端的定义：与端口面接触的信号传输线导体末端。

模式驱动可以理解为激励信号以功率的形式加在整个端口面上，不管该端口面覆盖了几个导体，能量都位于同一个端口处以不同的波导模式存在，因此是一种场的概念；而终端驱动可以理解为端口面覆盖的每一个信号传输导体都有自己的激励（以电压的形式），因此是一种路的概念。

二、仿真结果和激励类型的区别

HFSS中的不同的Solution Type会影响仿真结果和激励的类型，比如模式驱动的仿真结果是基于场的传输线表达，其S参数的解由波导模式的入射波和反射波功率来表达，因此在Edit Source中激励源的幅度单位为瓦，如图1所示；而终端驱动的仿真结果是基于路的传输线表达，其S参数的解由终端电压来表达，因此在Edit Source中激励源的幅度单位为伏特。

图1 模式驱动的Edit Souce设置界面

图2 终端驱动的Edit Souce设置界面

三、端口设置方法的区别

以常用的波端口为例，模式驱动的端口设置方法如下：

图3 模式驱动的波端口设置方法

终端驱动的端口设置方法如下：

图4 终端驱动的波端口设置方法

终端驱动下，软件可以自动确定每个Terminal和参考地的位置以及模式数量（默认与波端口接触的每个导体为信号或参考地）用户一般只要确定参考地即可，同时可以设置差分对；而模式驱动下，需要用户自己设置需要计算的模式数量、积分线等等。

四、能量传输的区别

模式驱动的特点：

1.能量由多个相互正交的模式组成，可能是TE，TM，TEM

2.模式的场图取决于端口的结构尺寸

3.每个模式都有自己的S，Y，Z参数

终端驱动的特点：

1、能量只以TEM一种模式传输

2、不支持对称边界条件和Floquet端口。

3、每个终端都有自己的S，Y，Z参数

五、两种求解类型的选择

作为一个通用法则，我们可以通过分析传输线类型来选择Driven Modal还是Driven Terminal。Driven Modal适用的范围更广，涵盖单导体和多导体传输线问题，例如：

Driven Modal适用于：

• 空心波导类型传输线（如矩形波导、圆波导等）

• 微带线、带状线、同轴线等多导体传输线

• 任何可以定义对称边界条件的问题

Driven Terminal只适用多导体传输线，特别是信号完整性类型的问题，例如：

• 微带线、带状线、同轴线、共面波导

• 差分对

另外需要注意的是，对于单TEM模激励的问题中，模式驱动和终端驱动是等效的，这两种求解类型产生的仿真结果完全一样。如下图5中同轴线和微带线求解模型。将Driven Terminal中的激励幅度设为10V，其电磁场分布、场强大小仿真结果与Driven Modal中激励幅度为1W的情况一模一样。

图5 TEM传输线模式驱动和终端驱动仿真结果

六、实例演示

下面以一个差分对的仿真为例，对比终端驱动和模式驱动两种设置下的仿真结果差异。1）对于终端驱动的仿真模型，查看波端口1的Port1_T1和Port1_T2终端的场图如下所示：

图6 Port1_T1终端的场图

图7 Port1_T2终端的场图

2）对于模式驱动中同样的仿真模型，查看波端口1的两个模式的场图分别如下：

图8 Mode1的场图

图9 Mode2的场图

从上可以看出，Mode1为偶模，Mode2为奇模。模式驱动中Mode1的场图可以等效为终端驱动中Port1_T1和Port1_T2的场图之和。而端口的场图决定了整个3D模型的电磁场分布，由于两个模型一样，因此单独激励Mode1时，其产生的三维电磁场分布等效于同时激励Port1_T1和Port1_T2（等幅同相）。同理，单独激励Mode2等效于同时激励Port1_T1和Port2_T2（等幅反相）。

图10 单独激励Mode1的场强分布

图11  Port1_T1和Port1_T2等幅同相激励的场强分布

七、HFSS高频电磁免费公开课-关于求解器的那些事

想参加的学员可以扫描下方二维码免费参加：还可以点击下图回看。