江湖上眾說(shuō)紛紜的HFSS求解模式Driven Modal-Driven Terminal

2016-10-11 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

新建一個(gè)HFSS工程設(shè)計(jì)時(shí),首先需要選擇該設(shè)計(jì)的求解類型。通過(guò)從主菜單欄選擇【HFSS】→【Solution Type】命令,可以打開(kāi)Solution Type對(duì)話框,設(shè)置求解類型。

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

1、從help的解釋來(lái)看:

Eigenmode solution主要用于諧振結(jié)構(gòu),而Driven Modal和Driven Terminal主要用于傳輸線、波導(dǎo),包括天線等結(jié)構(gòu)。主要區(qū)別一下前兩個(gè):如果需要仿真的結(jié)構(gòu)是多導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(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(lái)描述該傳輸線,可以使用Driven Terminal模式。但如果需要仿真的結(jié)構(gòu)是單導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如矩形,柱形波導(dǎo),則沿線電壓、電流不再有定義,只能用網(wǎng)絡(luò)理論中的內(nèi)向波、外向波描述端口的性質(zhì),此時(shí)用Driven Modal。對(duì)于微帶,傳播模式是準(zhǔn)TEM模,按help的解釋應(yīng)該用Driven Modal,但在ansoft的full-book對(duì)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(jiàn)用Driven Terminal還是可以的。

個(gè)人感覺(jué)這兩個(gè)選項(xiàng)的名字取得確實(shí)很難讓人理解。在網(wǎng)上看到也有人用計(jì)算速度來(lái)區(qū)別這兩個(gè)選項(xiàng),個(gè)人認(rèn)為至少是不全面的。對(duì)于計(jì)算速度是否真有差別,需要試驗(yàn)一下。

2、關(guān)于driven modal 與driven terminal 的理解

1)driven modal 模式驅(qū)動(dòng), 所謂模式驅(qū)動(dòng)就是hfss根據(jù)用戶所定義的模式數(shù)目求解端口模式數(shù)目及場(chǎng)分布,并為每個(gè)模式分配相等的功率,仿真時(shí)用端口場(chǎng)分布做為邊界條件對(duì)內(nèi)部進(jìn)行求解,默認(rèn)端口阻抗為Zpi 無(wú)須定義積分線來(lái)求解電壓, S參量用入射反射功率來(lái)表示。

2)對(duì)于分析偶合傳輸線等一個(gè)端口上有多個(gè)終端,而求解終端之間偶合問(wèn)題的模型,driven modal 是不適合的.應(yīng)用driven terminal ,這里以微帶偶合傳輸線為例子說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

在這個(gè)端口上tem波有兩種模式 1.偶模:V1=V2 2.奇模. V1=-V2 (V1為導(dǎo)體1對(duì)接地板等效電壓, V2為導(dǎo)體2對(duì) 接地板等效電壓) 如果用driven modal求結(jié) 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(gè)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(lì)導(dǎo)體1,求導(dǎo)體2上的端口電壓)這顯然是不合適的。

(關(guān)于偶合傳輸線問(wèn)題詳情見(jiàn)microwave engineering edition 3 7.6節(jié))

Driven terminal默認(rèn)的求解終端阻抗為Zvi 故對(duì)于每個(gè)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(dǎo)體1的連線(導(dǎo)體1,接地版都為等勢(shì)體,路徑?jīng)]有關(guān)系),terminal2的積分線為接地版到導(dǎo)體2) 計(jì)算機(jī)求解時(shí)對(duì)兩個(gè)終端分別進(jìn)行激勵(lì),通過(guò)電壓與電流來(lái)計(jì)算他們之間的偶合關(guān)系.

3.總結(jié)

如果模型中有類似于偶合傳輸線求偶合問(wèn)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?shù)膯谓K端模型一般用driven terminal分析 (tem波電壓一般由兩導(dǎo)體之間電場(chǎng)積分定義,電流為環(huán)線磁場(chǎng)的積分,阻抗Zvi=Zpi=Zpv區(qū)別于TE TM) 由于其直接對(duì)電流電壓求解而避免了對(duì)整個(gè)面上功率的計(jì)算從而比較簡(jiǎn)便。

1)模式驅(qū)動(dòng)求解類型

以模式為基礎(chǔ)計(jì)算S參數(shù),根據(jù)導(dǎo)波內(nèi)各模式場(chǎng)的入射功率和反射功率來(lái)計(jì)算S參數(shù)矩陣的解。

2)終端驅(qū)動(dòng)求解類型

以終端為基礎(chǔ)計(jì)算多導(dǎo)體傳輸線端口的S參數(shù);此時(shí),根據(jù)傳輸線終端的電壓和電流來(lái)計(jì)算S參數(shù)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(wèn)題的設(shè)計(jì)分析,可以用于計(jì)算諧振結(jié)構(gòu)的諧振頻率和諧振頻率處對(duì)應(yīng)的場(chǎng),也可以用于計(jì)算諧振腔體的無(wú)載Q值。

應(yīng)用本征模求解時(shí),需要注意以下幾方面。

(1)不需要設(shè)置激勵(lì)方式。

(2)不能定義輻射邊界條件。

(3)不能進(jìn)行掃頻分析。

(4)不能包含鐵氧體材料。

(5)只有場(chǎng)解結(jié)果,沒(méi)有S參數(shù)求解結(jié)果。