HFSS工程設計時三種求解模式（江湖中眾說紛紜）

2016-11-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

新建一個HFSS工程設計時,首先需要選擇該設計的求解類型。

通過從主菜單欄選擇【HFSS】→【Solution Type】命令,可以打開Solution Type對話框,設置求解類型。

HFSS中有3種常用求解類型:模式驅動求解(Driven Modal)、終端驅動求解(Driven Terminal)和本征模求解(Eigenmode)。

1、從help的解釋來看:

Eigenmode solution射頻技術主要用于諧振結構,而Driven Modal和Driven Terminal主要用于傳輸線、波導,包括天線等結構。主要區別一下前兩個:如果需要仿真的結構是多導體結構(如同軸線),可以傳播TEM模,存在電壓和電流的定義,這樣就可以用電壓波和電流波來描述該傳輸線,可以使用Driven Terminal模式。但如果需要仿真的結構是單導體結構如矩形,柱形波導,則沿線電壓、電流不再有定義,只能用網絡理論中的內向波、外向波描述端口的性質,此時用Driven Modal。對于微帶,傳播模式是準TEM模,按help的解釋應該用Driven Modal,但在ansoft的full-book對port的解釋中又有這樣一句:For structures like coupled transmission lines or connectors, which support multiple, quasi-TEM modes of propagation, it is often desirable to compute the Terminal S-Parameters.可見用Driven Terminal還是可以的。

個人感覺這兩個選項的名字取得確實很難讓人理解。在網上看到也有人用計算速度來區別這兩個選項,個人認為至少是不全面的。對于計算速度是否真有差別,需要試驗一下。

2、關于driven modal 與driven terminal 的理解

1) driven modal 模式驅動, 所謂模式驅動就是hfss根據用戶所定義的模式數目求解端口模式數目及場分布,并為每個模式分配相等的功率,仿真時用端口場分布做為邊界條件對內部進行求解,默認端口阻抗為Zpi 無須定義積分線來求解電壓, S參量用入射反射功率來表示。

2) 對于分析偶合傳輸線等一個端口上有多個終端,而求解終端之間偶合問題的模型,driven modal 是不適合的.應用driven terminal ,這里以微帶偶合傳輸線為例子說明這個問題。

在這個端口上tem波有兩種模式 1.偶模:V1=V2 2.奇模. V1=-V2 (V1為導體1對接地板等效電壓, V2為導體2對接地板等效電壓) 如果用driven modal求結則這兩種模式分別被賦予相等功率,而求解出的S11則是整個端口上的每一種模式的反射情況,而不能直接求出兩線的偶合狀況(例如只激勵導體1,求導體2上的端口電壓)這顯然是不合適的。

(關于偶合傳輸線問題詳情見microwave engineering edition 3 7.6節)

Driven terminal默認的求解終端阻抗為Zvi 故對于每個終端需要定義積分線,例如上圖中terminal 的積分線為從接地版到導體1的連線(導體1,接地版都為等勢體,路徑沒有關系),terminal2的積分線為接地版到導體2) 計算機求解時對兩個終端分別進行激勵,通過電壓與電流來計算他們之間的偶合關系.

3.總結

如果模型中有類似于偶合傳輸線求偶合問題的模型一定要用driven terminal求解。driven modal適于其他模型, 但一般tem模式(同軸,微帶等)傳輸的單終端模型一般用driven terminal分析 (tem波電壓一般由兩導體之間電場積分定義,電流為環線磁場的積分,阻抗Zvi=Zpi=Zpv區別于TE TM) 由于其直接對電流電壓求解而避免了對整個面上功率的計算從而比較簡便。

1)模式驅動求解類型

以模式為基礎計算S參數,根據導波內各模式場的入射功率和反射功率來計算S參數矩陣的解。

2)終端驅動求解類型

以終端為基礎計算多導體傳輸線端口的S參數;此時,根據傳輸線終端的電壓和電流來計算S參數矩陣的解。

3)本征模求解類型

本征模求解器主要用于諧振問題的設計分析,可以用于計算諧振結構的諧振頻率和諧振頻率處對應的場,也可以用于計算諧振腔體的無載Q值。

應用本征模求解時,需要注意以下幾方面。

(1)不需要設置激勵方式。

(2)不能定義輻射邊界條件。

(3)不能進行掃頻分析。

(4)不能包含鐵氧體材料。

(5)只有場解結果,沒有S參數求解結果。

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