HFSS仿真PCB微帶WavePort如何設置？

2016-10-11  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

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有場分布,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信號加入到結構中,而外部端口通常會定義成傳輸線的截面。Wave Port截面就是HFSS求解結構參數時的參考面,它對于S參數的相位計算非常重要。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,用于計算S參數。

1傳輸線原型:

傳輸線線寬W=6mil,線間距S=3W=18mil,線長2000mil,層疊結構是銅厚1.4mil,傳輸線距離下方的GND平面58mil,介質的介電常數是4.25,如下圖:

由上圖有Polar計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創建在Boundary face of free space上,且讓Wave Port平面緊貼傳輸線,如下圖所示:

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

3以PCB側邊YZ平面作為WavePort端口

將Wave Port創建在PCB的側邊YZ平面上,且讓Wave 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,這是因為Wave Port沒有考慮傳輸線上方空間的電磁場效應導致的,因此這個結果是錯誤的。

Wave Port端口不緊貼free space:

將Wave Port創建在PCB的側邊YZ平面上,但是讓Wave Port平面不緊貼free space,如下圖所示:

上圖可以看到,HFSS無法繼續仿真,因為不但沒有考慮傳輸線上方空間的電磁場效應,而且在free space boundary與PCB側邊上的Wave Port之間的空間上沒有電磁場的information。

4新增WavePort端口平面不緊貼free space

在PCB的側邊YZ平面上,另建一個“矩形平面”,該平面緊貼傳輸線但不貼free sapce boundary,在這個新的平面上設置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的計算結果偏差很大,這個結果時錯誤的。

5新增WavePort端口大平面且緊貼free space

在PCB的側邊YZ平面上,另建一個“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,在這個新的平面上設置Wave Port,如下圖:

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

6新增WavePort端口小平面且緊貼free space:

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

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

7結 論

由上面的幾種仿真結果對比我們可以歸納出Wave Port的兩點結論:

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

WavePort平面的大小對仿真結果精度有較大影響。

通常HFSS的Wave Port平面的規則如下:

雙微帶線的Wave Port平面尺寸規則

雙微帶線的Wave Port平面尺寸規則

雙帶狀線的Wave Port平面尺寸規則

單帶狀線的Wave Port平面尺寸規則

以上是一些常用的Wave Port使用規則,其實在實際的應用中Wave Port也可以用作內部端口,但是此時需要做特殊處理。

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