HFSS仿真PCB微帶WavePort如何設(shè)置？

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

Wave Port是HFSS中典型的外部端口,這里所說的外部是指只有一側(cè)有場(chǎng)分布,一般都在邊界和背景的交界處。外部端口需要通過傳輸線的方式才能將激勵(lì)信號(hào)加入到結(jié)構(gòu)中,而外部端口通常會(huì)定義成傳輸線的截面。Wave Port截面就是HFSS求解結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)的參考面,它對(duì)于S參數(shù)的相位計(jì)算非常重要。HFSS在端口截面處求解傳輸線的特性,得到端口的特性阻抗和傳播常數(shù),用于計(jì)算S參數(shù)。

1傳輸線原型:

傳輸線線寬W=6mil,線間距S=3W=18mil,線長2000mil,層疊結(jié)構(gòu)是銅厚1.4mil,傳輸線距離下方的GND平面58mil,介質(zhì)的介電常數(shù)是4.25,如下圖:

由上圖有Polar計(jì)算得到的傳輸線的特性阻抗是138.27ohm。

2airbox背景作為WavePort端口

將Wave Port創(chuàng)建在Boundary face of free space上,且讓W(xué)ave Port平面緊貼傳輸線,如下圖所示:

上圖可以看到,HFSS計(jì)算得到的傳輸線的阻抗大約是136.7~138.5ohm,這個(gè)結(jié)果與原型中的Polar的特性阻抗計(jì)算值是完全吻合的。

3以PCB側(cè)邊YZ平面作為WavePort端口

將Wave Port創(chuàng)建在PCB的側(cè)邊YZ平面上,且讓W(xué)ave Port平面緊貼free space,如下圖所示:

上圖可以看到,仿真出來的特性阻抗隨著頻率有比較大的變化,這是因?yàn)閃ave Port沒有考慮傳輸線上方空間的電磁場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)致的,因此這個(gè)結(jié)果是錯(cuò)誤的。

Wave Port端口不緊貼free space:

將Wave Port創(chuàng)建在PCB的側(cè)邊YZ平面上,但是讓W(xué)ave Port平面不緊貼free space,如下圖所示:

上圖可以看到,HFSS無法繼續(xù)仿真,因?yàn)椴坏珱]有考慮傳輸線上方空間的電磁場(chǎng)效應(yīng),而且在free space boundary與PCB側(cè)邊上的Wave Port之間的空間上沒有電磁場(chǎng)的information。

4新增WavePort端口平面不緊貼free space

在PCB的側(cè)邊YZ平面上,另建一個(gè)“矩形平面”,該平面緊貼傳輸線但不貼free sapce boundary,在這個(gè)新的平面上設(shè)置Wave Port,如下圖:

上圖可以看到HFSS仿真得到的傳輸線的特征阻抗是223.9ohm左右,與Polar的計(jì)算結(jié)果偏差很大,這個(gè)結(jié)果時(shí)錯(cuò)誤的。

5新增WavePort端口大平面且緊貼free space

在PCB的側(cè)邊YZ平面上,另建一個(gè)“矩形平面”,該平面緊貼傳輸線且緊貼free sapce boundary,平面下部超出PCB下邊沿,在這個(gè)新的平面上設(shè)置Wave Port,如下圖:

上圖看到,HFSS計(jì)算得到的傳輸線的阻抗大約是136.7~138.5ohm,這個(gè)結(jié)果與原型中的Polar的特性阻抗計(jì)算值是完全吻合的。

6新增WavePort端口小平面且緊貼free space:

在PCB的側(cè)邊YZ平面上,另建一個(gè)“矩形平面”,該平面緊貼傳輸線且緊貼free sapce boundary,但是這個(gè)平面的下方與PCB板下邊沿平齊,在這個(gè)新的平面上設(shè)置Wave Port,如下圖:

上圖看到,HFSS計(jì)算得到的傳輸線的阻抗大約是131.8~133ohm,這個(gè)結(jié)果與原型中的Polar的特性阻抗計(jì)算值基本吻合,但是偏小。

7結(jié) 論

由上面的幾種仿真結(jié)果對(duì)比我們可以歸納出Wave Port的兩點(diǎn)結(jié)論:

WavePort必須設(shè)置在外部端口上,即一定要貼著free space boundary;

WavePort平面的大小對(duì)仿真結(jié)果精度有較大影響。

通常HFSS的Wave Port平面的規(guī)則如下:

雙微帶線的Wave Port平面尺寸規(guī)則

雙微帶線的Wave Port平面尺寸規(guī)則

雙帶狀線的Wave Port平面尺寸規(guī)則

單帶狀線的Wave Port平面尺寸規(guī)則

以上是一些常用的Wave Port使用規(guī)則,其實(shí)在實(shí)際的應(yīng)用中Wave Port也可以用作內(nèi)部端口,但是此時(shí)需要做特殊處理。

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