第19期ANSYS HFSS軟件常見問題解答

2016-10-10 by:CAE仿真在線來源:互聯網

ANSYS中國幾十位工程師根據十幾年的工程仿真實踐經驗,走訪了國內眾多科研機構,行業精英研發企業,嘔心瀝血總結了《ANSYS軟件常見問題與解答》,涉及結構、流體、熱分析、高頻、低頻、系統與嵌入式軟件。此系列涵蓋工程仿真應用中遇到的各種問題:包括具體操作步驟、ANSYS軟件最新版本的新功能、各種簡單高效的設計步驟。

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Wave Port是否只能定義在整個圖形的最外面?我發現如果不是這樣,HFSS求解報錯。WavePort 是外部端口,HFSS要求WavePort所在的位置處,場只能是單向存在,因此,最好定義在整個圖形的最外面,但是,這不是必須的,如果結構上的限制,端口定義的位置不在圖形的最外面,或者定義在最外面很麻煩,那么,可以在端口所在的位置加一個物體,物體的大小要使得它的一個面完全覆蓋端口,例如,對于同軸線端口來說,如果用一個圓柱體覆蓋端口,則圓柱體的直徑要大于或等于同軸線介質圓柱的直徑,如圖1.16所示。物體的材料特性定義為理想導體。如果這樣做仍然不方便,對于TEM模的傳輸線,可以改用Lumped Port會更方便些。

圖1.16?

2我們知道,微帶線是開放結構,那么,是否一定要用輻射邊界條件?仿真時,空氣盒子畫多大合適?對于微帶結構,雖然帶線以上的區域是開放的空間,實際的微帶線會有輻射損耗存在,但是,不必采用輻射邊界條件,利用軟件默認的或定義為PerfectE均可。空氣盒子的大小很重要,一般說來,對于理想微帶結構,空氣盒子的高應為微帶線介質高度的十倍,盒子的寬應當保證盒子的側壁距離微帶線的邊緣距離是微帶線寬度的五倍以上。3如何定義空間相關材料特性?
常規材料的介電常數是標量,即各向同性,但是對于比較復雜的介質材料,其介電常數可能會跟空間位置相關,這個時候需要用張量描述,即:

圖 1.18(a)

其中ε1,ε2,ε3分別表示沿著x,y,z坐標軸方向的相對介電常數,在HFSS中可以設置各向異性材料,設置的方法是首先選中材料物體模型,右鍵,選擇Assign Material,在彈出的定義選擇對話框的左下角選擇New/Edit Material,如圖1.18(b)所示:

圖1.18(b)

之后在編輯對話框中介電常數對應的Type欄選擇Anisotropic,并在下面輸入T(1,1),T(2,2),T(3,3)的數值即可,如圖1.18(c)所示,這三個值分別對應ε1,ε2,ε3 。

圖 1.18(c)

當材料的特性沿某個方向不是固定值,而是隨坐標變化,那么可以把這種變化用函數的方式表示出來,如ε2 = 2 + 8*y,即沿y方向的介電常數隨坐標線性變化,可以在屬性對話框里輸入該表達式,如下圖所示,這樣就定義了隨空間變化的材料。

圖 1.18(d)

圖 1.18(e)
4FEBI邊界的大小如何選取?是否也需要遵循lambda/4準則?FEBI邊界屬于輻射邊界的高級功能,如圖1.19所示,在傳統輻射邊界的設置基礎上勾選Model exterior as HFSS-IE domain即可生成FEBI邊界。

圖1.19 FEBI邊界設置

對于強輻射等天線問題,傳統ABC輻射邊界需遵循距離輻射體lambda/4大小,但ABC輻射邊界隨入射角增大反射會越來越強。FEBI邊界通過有限元法和積分方程法的混合運算,不受入射角大小影響在邊界處實現無反射。在計算輻射、散射等問題時,FEBI邊界可以完全與結構體共形,也支持凹陷形邊界。FEBI無需遵循Lambda/4準則,對于不同的應用邊界大小設置不同。如超寬帶天線,可設置為距輻射體表面lambda/10(lambda取最低頻點),這樣可以減少計算空間和運算量,節省時間與資源。而對于包含機載、星載、車載等電大尺寸平臺,由于邊界大小將影響混合算法的迭代時間和次數,且邊界距離載體過近容易人為的造成過于細小的網格,因此邊界大小不要設置過小,建議設置約lambda/4距離合適。
5對于不同器件的三維曲面,如何設置表面逼近效果,能夠在保證精度的前提下,減少計算量?對三維曲面的表面近似可通過“Surface Deviation”和“Normal Deviation ”來進行約束,其含義如圖1.20(a)所示,這兩個值越小就意味著采用越多的網格去逼近曲面。HFSS對圓弧面進行網格剖分時的默認圓心角為22.5度,不同器件對曲面的共形逼近精度要求不同,可以通過修改表面近似的設置來生成更加合理的初始網格,從而在確保精度的前提下提高計算效率。圖1.20(b)列舉了幾種典型具有三維曲面的器件的表面近似設置。對于電感性導體,如鍵和線、過孔等,直徑遠小于波長的結構,“Normal Deviation”推薦設置為45度~90度 ;對于同軸結構,推薦設置為22.5度~30度,即使用HFSS的默認設置即可;對于圓波導,推薦設置為10度~15度;諧振器和諧振腔結構對體積最為敏感,因此 “Normal Deviation”推薦設置為5度~15度。