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HFSS实战篇6——端口激励,边界条件

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小刚在实际仿真时出现了很多问题,目前对端口激励和边界条件疑惑比较大,今天就来讲讲端口激励以及边界条件。

首先讲一下Wave Port,它是HFSS典型的外部端口这里所说的外部是指只有一侧有场分布,一般都在边界和背景的交界处。外部端口需要通过传输线的方式才能将激励信号加入到结构中,而外部端口通常会定义成传输线的截面。Wave Port截面就是HFSS求解结构参数时的参考面,它对于S参数的相位计算非常重要。HFSS在端口截面处求解传输线的特性,得到端口的特性阻抗和传播常数,用于计算S参数。

  • 一般我们设置Wave Port要使其必须设置在外部端口上,即一定要贴着free space boundary;

  • 同时Wave Port平面的大小对仿真结果精度有较大影响。要设置的比信号输入截面大一点。

     

关于Lumped Port,它是HFSS里面的内部端口,它需要通过测试系统来给结构加入信号,类似于测试系统的测试探针。因为Lumped Port注入给结构的是电压和电流信号,因此Lumped Port必须要指定端口阻抗,否则就会导致信号源短路,Lumped Port端口的阻抗一般设置与测试系统的内阻一致。同理,因为是电流和电压信号,Lumped Port必须要有参考也叫回流通路,因此Lumped Port必须要有两个端口面,其中一个端口面为参考面。

其主要用于信号完整性分析,即电路仿真中需要考虑布线寄生效应。

设计的注意点:

1)Lumped Port所在端面的长和宽需要远小于信号波长,一般以1/10波长为界;
2)因为Lumped Port端口的两侧默认都是Perfect H边界,因此两个Lumped Port的边缘不能相接;
3)Lumped Port的两端必须和Perfect E边界或金属表面相接触,否则信号无法注入;
4)Lumped Port只能用于传输TEM模式或准TEM模式;
5)因为真实的测试环境中回流通路是存在的,因此2个Lumped Port端口之间必须要形成回流通路,

6)为了确保多端口S参数相位的一致性,Lumped Port积分线的定义方向必须一致;

7)Lumped Port的宽度要与传输线等宽,长度小于λ/100 

在电磁场理论学习中,我们知道求解麦克斯韦方程组时候,只有在假设场矢量是单值、有界、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有意义;如果在求解区域的边界、不同介质的交界和场源处,场矢量是不连续的,那么场的导数就失去了意义。可见,正确设置HFSS仿真边界条件的重要性。小刚介绍几种常用的边界条件


  • 理想导体边界(Perfect E)

理想电导体边界电场垂直于表面


  • 理想磁边界(Perfect H)

电场与表面相切,磁场与表面垂直


  • 辐射边界(Radiation)

也成为吸收边界,用以模拟开放的自由空间,模拟波辐射到空间无限远处的情况,常用于天线问题的分析。

— 计算天线等强辐射问题时,距离辐射体应当至少λ/4;

— 对于弱辐射问题,仅考虑辐射损耗,不关心远场时,可以小于λ/4;

— 在定义辐射边界条件的面上积分得到远场辐射方向图(默认),也可以自行定义计算远场时的积分面(建立Facelist);

— 辐射边界条件上的网格密度对于天线辐射特性的计算精度有影响;

— 辐射边界条件的吸收性能与入射角相关,入射角大于40 度时,吸收效果明显降低。


来源:集成电路小刚
HFSS电路信号完整性电场理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-06-27
最近编辑:1年前
集成电路小刚
硕士 立志成为集成电路领域专家
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