一文详解HFSS波端口和集总端口
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HFSS的波端口和集总端口均需要定义在模型的2D平面上，但是不同模型在设计激励时，究竟选用什么激励端口？两种端口在具体设置上的操作步骤有哪些？本次推文就这些问题一一展开，希望抛砖引玉，能对读者有所启发。
言归正传，相信不少读者都是从某软件培训书上，跟着T形波导这个入门实例开始学习的。当跟着指导书建立波端口并设置积分线的时候，很多初学者应该就有点一知半解、囫囵吞枣了。
不过在学了传输线和波导理论后就好理解：经过仿真可以得到电场，如果不是匀强电场，就不能套用公式U=Ed，此时需要对电场进行积分才能得到电压，所以要有积分线。定义积分线的方向为电场正方向，通过积分公式∫Edl可求解出端口电压。在计算某些值要用到端口电压这个参量。比如计算端口阻抗时，如果已知端口上电压和电流，就可以通过公式Z=U/I计算出端口阻抗。
在实际的建模仿真中，我们需要根据两种激励端口的功能特点去灵活应用到不同场景中。例如前文所提到的T形波导就只能采用波端口激励，如果想观察高次模激励则还需指定积分线并选择设置好求解模式数。除此之外，对于微带线、带状线等微波传输线特征阻抗的计算，也只能用波端口激励求解并在后处理中观看Port Zo。不过在只考虑单一模式激励时，一些开放结构比如下图所示的天线，就没法采用波端口激励。
不过同轴线的尺寸设置不合理时，在高频段也会出现高次模，例如TE11模式，可参考阅读一文了解常用的微波传输线（一）。如果前期仿真仅设置单模激励，但是实际存在高次模且影响不可忽略，则其实际性能会与仿真有所出入。
除此之外，波端口的参数设置还需要明确激励模式数、积分线、特征阻抗类型、Mode Alignment and Polarity、端口阻抗归一化和Deembed去嵌处理。
接下来阐述这四种特征阻抗的定义：
波阻抗定义为电场的振幅和磁场的振幅之比，具有阻抗的量纲，故称为波阻抗；矩形波导主模TE10的波阻抗与窄边b无关。但两个宽边相等而窄边不同的波导相连接，会发生很大反射，因此波导的波阻抗相等并不能保证无反射匹配
根据等效电压等效电流和传输功率，可以分三种情况定义等效阻抗(Zpi、Zpv、Zvi)：
对于Mode Alignment and Polarity这个选项，默认选择第一个小项(Set Mode Polarity Using Integration Line)-利用积分线设置模式的极化。
波端口激励是假设和一个半无限长的矩形波导相连，因此波导的尺寸越小，截止频率越高，越有利于单模传输。但对于微带线、带状线、共面波导等开放或半开放结构的传输线，电磁场并不完全束缚在导体和参考地之间，部分电磁能量会辐射到传输线四周的空气和介质中，因此设置的波端口需要有足够大的尺寸，以避免电场耦合到波端口边缘上，影响传输线的特性。不过波端口尺寸也不宜过大，其宽度和高度都不能超过半个工作波长，否则会激发矩形波导模式，进而影响到计算的准确性。
对于简单的微带线、带状线和共面波导传输线，波端口激励的端口尺寸设置，可以参考下图。当然，也可以尝试将波端口的宽度和高度设为变量进行扫描，当端口阻抗趋近收敛时，此时的端口设置为最佳。
除此之外，也可以通过看HFSS求解出来的波端口面上的场分布来判断端口尺寸是否合适。如下图所示的微带线结构，如果波端口尺寸大小设置合理，则观看Port Field Display可以发现，电场都集中在微带线和地之间，而在波端口的边界上几乎没有场分布。反之，若端口尺寸过小（宽度过窄或者高度不足），则波端口的边界上也会存在不少电场分布。
接下来我们讲讲波端口设置里的Deembed（去嵌技术，端口平移）。Deembed指的是去嵌，比如矢量网络分析仪就采用了TRL校准法，将测量端口面平移到真实的待测物体处，这个方法就可以称为去嵌。
如果仿真模型中包括了电长尺寸的均匀传输线，那么就可以利用Deembed功能，通过短传输线的结果推算长传输线的结果。如果传输线是无耗的，Deembed只改变S参数的相位，如果传输线是有耗的，HFSS会自动将传输线的损耗修正到结果中，而不必将这些传输线建立到求解模型中，从而节省求解时间。
因此，我们可以通过上述公式将具有相同特征阻抗的S参量，转换到不同特征阻抗的网络上去。不过对于大部分情况而言，我们无需勾选波端口设置里的端口阻抗归一化（Renormalize all mode），保持Do not renormalize即可。即使是阵列天线这种多端口系统而言，实际使用的时候，激励端口和负载也是采用50欧姆标准，我们也没必要指定每个端口归一化到特定的值。
