«Москва 2009 Введение Программа HFSS Ansoft v. 9-11 для электродинамического моделирования СВЧ структур В1. Общая характеристика HFSS Ansoft В настоящее время основной тенденцией развития программ проектирования ...»

1. Поворот системы координат тензора вокруг оси X модели задается углом (X Angle).

2. Поворот системы координат тензора вокруг оси Y модели задается углом (Y Angle).

3. Поворот системы координат тензора вокруг оси аппликат модели задается углом (Z Angle).

Поворот системы координат иллюстрируется на рис. 4.10. В первой плоскости тензор проницаемости вращается на градусов относительно оси X. Во второй плоскости тензор вращается на градусов относительно y ' оси (новая ось Y). В третьей плоскости тензор вращается на градусов относительно z '' оси (новая ось Z).

Окончательный тензор имеет систему координат (x" y" z") относительно системы координат модели.

Рис. 4.10. Вращение системы координат для изменения направления Например, чтобы смоделировать смещение в направлении оси X, нужно вращать систему координат тензора так, чтобы ее z-ось лежала вдоль оси X фиксированной системы координат. Чтобы сделать это, введите X Angle= 0, Y Angle=90, и Z Angle=0.

Практически, однако, трудно получить однородное магнитное поле смещения. Даже если поле смещения в свободном пространстве почти однородно, ферритовый материал будет искажать его, приводя к неравномерным полям в феррите.

Программа Maxwell 3D Field Simulator специально разработана компанией Ansoft для расчета неоднородных магнитостатических полей. Как только решение получено, оно может быть импортировано в HFSS.

Для определения поля подмагничивания необходимо выполнить следующие операции.

1. Выберите 3D фериттовый объект, к которому Вы хотите приложить источник магнитного смещения.

2. Кликните HFSS>Excitations>Assign>Magnetic Bias.

Появляется ассистент для создания магнитного смещения Magnetic.

3. Напечатайте имя источника в поле Name или примите имя по умолчанию.

4. Определите спостоб задания поля смещения: однородное Uniform или неоднородное Non-uniform, и затем кликните Next.

5. Если Вы выбрали Uniform, сделайте следующее:

a. Напечатайте величину Internal Bias в феррите в Ампер/метр. Вы можете задать в качестве этой величины переменную.

b. Введите углы, задающие поворот системы координат связанной с тензором магнитной проницаемости относительно фиксированной системы координат, в окна X Angle, Y Angle, и Z Angle. Эти величины можно задать как переменные.

Если Вы выбрали Non-uniform, напечатайте имя проекта Maxwell 3D Field Simulator в поле Project, или кликните Browse и выберите проект.

HFSS использует проект как источник неоднородного магнитостатического поля во время получения решения.

6. Кликните Finish.

Программа Maxwell®Eminence и моделирование устройств с ферритами Maxwell®Eminence - программа расчета электромагнитного поля, также разработанная в компании Ansoft, была расширена возможностью моделирования СВЧ ферритовых устройств. Программа находит непосредственно электромагнитное поле в фериттовом материле и обеспечивает хорошую точность моделирования.

Ключевые возможности Maxwell Eminence состоят в трехмерном анализе СВЧ поля с учетом неоднородности статического поля и использовании точных моделей ферритовых материалов. Программа использует простой и точный способ вычисления трехмерных электромагнитных полей методом конечных элементов, и использует современные методы типа метода автоматической адаптивной генерации сетки частот, на основании заданной точности вычисления S-параметров и компонент векторов электромагнитного поля. Многомодовые эффекты и эффекты излучения учитываются при моделировании.

Свойства материалов выбираются из базы данных материалов.

Разбиение на конечные элементы создается и усовершенствуется, используя локальные критерии точности. Сходимость связана с изменением Sпараметров, что гарантирует максимальную точность решения при минимальных вычислительных затратах. Процесс решения полностью автоматический.

Программа HFSS, таким образом, позволяет включать в проект сложные материалы, включая ферриты находящиеся в статическом поле подмагничивания в многомодовом анализе, что открывает путь к точному моделированию, например, СВЧ циркуляторов. HFSS моделирует и выводит на графики совместно статические и СВЧ поля, что ранее было не возможно.

Эта возможность более точного моделирования позволяет улучшить эффективность проектируемого устройства, использовать уникальные свойства и характеристики материалов и уменьшить затраты проектирования.

После черчения объектов, анализируемых в задаче, придания им материальных свойств и создания поверхностей, необходимо задать на них граничные условия.

Граничные условия определяют поле на поверхностях объектов в области анализа. В HFSS 9 можно назначить следующие типы границ:

несколько слоев специальных материалов, которые Conductivit Плоскость симметрии, представляющая идеальную Symmetry сосредоточенного резистора, индуктивности, и-или Можно также задать идеальную E плоскость, плоскость с конечной проводимостью, или импедансную границу как земляную плату бесконечного размера (infinite ground plane), если Вы хотите, чтобы поверхность представляла электрически большую земляную плату. В этом случае излучаемые поля корректируются во время постобработки.

Идеальная E граница представляет идеальную проводящую поверхность (металл). Для того, чтобы придать плоскости такое свойство:

1. Выберите объект или поверхность, на которой Вы хотите назначить идеальную E границу.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E. Появляется окно Perfect E Boundary (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Назначение на поверхность или объект идеальной электрической 3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name, или примите заданное по умолчанию имя PerfE.

4. Поставьте галочку в окне Infinite Ground Plane, если Вы хотите, чтобы в проекте была представлена поверхность в виде электрически большой земляной платы. Эта поверхность будет использована только при расчете излучаемых полей во время постобработки.

5. Щелкните OK. Новая граница появляется в папке Boundary в дереве проекта.

Граница Perfect H представляет поверхность, на которой тангенциальные составляющие магнитного поля с обеих сторон плоскости равны друг другу и равны нулю. Для задания этой границы:

1. Выберите поверхность или объект, на поверхности которого Вы хотите назначить идеальную H границу (рис. 5.2).

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Perfect H. Появляется окно Boundary Perfect H.

3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name, или примите заданное по умолчанию имя.

Рис. 5.2. Граница Perfect H в щелевой изогнутой структуре с дискретным источником (пример dra_diel в папке Projects) 4. Щелкните OK. Новая граница появляется под пунктом Boundaries в дереве проекта.

Эта граница представляет поверхность с заданным импедансом. Поле существует только с одной стороны относительной этой поверхности. С другой стороны оно равно нулю. Чтобы назначить импедансную границу:

1. Выберите объект, или поверхность.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Impedance. Появляется окно Impedance Boundary (рис. 5.3).

3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name, или примите заданное по умолчанию имя.

Рис. 5.3. Назначение импедансной границы с заданным поверхностным сопротивлением 50 Ом/квадрат и поверхностным реактансом 50 Ом/ 4. Введите Resistance в омах / квадрат и Reactance в омах/квадрат.

5. Отметьте галочку в окошке Infinite Ground Plane, если Вы хотите, чтобы в проекте во время постобработки излучаемые поля были рассчитаны с учетом земляной поверхности.

Полное сопротивление на поверхности объектов, Zs, измеряется в ом/квадрат. Единицы Ом/квадрат указывают, что полное сопротивление, Zs, является равным полному сопротивлению эквивалентной схемы Z, измеренному между гранями квадратного листа материала.

Например, прямоугольник длиной L и шириной W имеет однородный ток I, приложенный к нему. Падение напряжение на нем равно V. Полное сопротивление эквивалентной схемы равно Z [Ом].

Рис. 5.4. Пояснение единиц импедансной границы в Ом на квадрат Если плотность тока J, текущего по прямоугольнику, равномерная, тогда уравнение, связывающее напряженность поля и плотность тока, n E Z s n J, принимает вид E = E и J = J на прямоугольнике (рис. 5.4).

где Дискретные напряжения и поля связаны следующим образом:

Подстановка уравнения (5.1) в уравнение (5.4) дает в результате следующее уравнение:

Таким образом, когда L = W, импеданс эквивалентной схемы равен импедансу одного квадрата. Поэтому эта единица называется Ом на квадрат.

(Для метода решения проектов в режиме возбуждения мод Driven Modal или режима с нагрузками Driven Terminal) Граница Radiation используется, чтобы решить открытую задачу, в которой волны излучаются бесконечно далеко в пространство, например при анализе антенн. HFSS поглощает волну на границе Radiation, по существу на сферической границе, расположенной бесконечно далеко от структуры.

Поверхность излучения может быть не сферической, но она должна быть выпуклой по отношению земляной поверхности, выпуклой по отношению к источнику излучения, и находиться, по крайней мере, на четверть длины волны от источника излучения. В некоторых случаях граница излучения может быть ближе, чем четверть длины волны, например для части границы Radiation, где ожидается небольшое излучение.

1. Выберите объект, или поверхность, на которую Вы хотите назначить границу излучения.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Radiation. Появляется окно Radiation Boundary (рис. 5.5). С помощью границы излучения, заданной в этом окне будет рассчитана диаграмма направленности (рис. 5.6).

3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name.

4. Щелкните OK. Новая граница появляется в дереве проекте в разделе Boundary.

Замечание. В качестве границы излучения нельзя задавать поверхность, которая проходит сквозь объект. Не задавайте также в качестве границы излучения общую границу двух внутренних объектов.

Рис. 5.5. Назначение поверхности излучения для расчета диаграммы направленности круглой щелевой антенны Рис. 5.6. Диаграмма направленности щелевой антенны, показанной на рис.

В HFSS имеется альтернатива границе Radiate: слои PML. Идеально согласованные слои (PML) являются виртуальными материальными объектами, которые полностью поглощают электромагнитные поля, падающие на них. Эти материалы анизотропны.

Имеются два способа применения PML: замыкание его на свободное пространство и на нагрузку, в которой отражение отсутствует.

При замыкании на свободное пространство, PML связывается с поверхностью, которая излучает в свободное пространство одинаково в каждом направлении. PML – как граница излучения лучше, чем граница Radiate, потому что применение PML дает возможность установить поверхности излучения ближе к излучаемым объектам, уменьшая область расчета.

Слой PML смоделирован так, что с учетом отсутствия отражения направленных волн, структура продлевается, постепенно увеличивая толщину отдельных слоев к бесконечности. Поверхности, на которые она нагружена, излучают в направлении, в котором распространяется волна. PML с отсутствием отражения применяется, например, для моделирования фазированной антенной решетки.

Граница с идеальным согласованным слоем (Perfect Material Layer - PML) используется, чтобы моделировать материалы, которые поглощают излучаемые волны. Установка границы PML подобна установке границе Radiation: вокруг излучаемого объекта чертится виртуальный объект;

однако, вместо границы Radiation на его поверхностях, помещается слой PML, который будет полностью поглощать электромагнитное поле.

HFSS может создавать PML автоматически или можно задать их вручную.

PML создается автоматически, если основной объект, касающийся PML, плоский и его материал однороден. Чтобы создать PML автоматически:

1. Начертите объект PLM в виде параллелепипеда.

2. Выберите поверхности PML, превращаемые в PML. Выбираются только внешние, плоские поверхности, и исключаются поверхности, заданные как границы симметрии.

3. В меню HFSS, укажите на Boundary, и затем нажмите PML Setup Wizard.

Появляется ассистент PML Setup (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Покрытие объекта слоями идеального поглощения PLM заданной 4. Выберите Create PML Cover Objects on Selected Faces (выбор слоев, покры-вающий выбранные плоскости).

5. Напечатайте толщину каждого слоя в текстовом поле Uniform Layer Thickness. Значение толщины можно задать как переменную.

6. По желанию выберите опцию Create joining corner and edge objects.

Края и углы слоев PML будут созданы так, чтобы присоединиться к смежной поверхности PML вместе, обеспечивая общее покрытие.

7. Щелкните Next.

HFSS создает PML из поверхностей, которые Вы выбрали. Имена автоматически даются так, что они начинаются с символа “PML”, что является необходимым для HFSS, чтобы признать их как PML.

8. Чтобы задать условия, на которые нагружается слой PML, выберите одну из следующих установок (рис. 5.8):

a. PML Objects Accept Free Radiation, если PML нагружается на свободное пространство. Затем в поле Min Frequency вводится самая низкая частота в диапазоне частот анализа.

b. PML Objects Continue Guided Waves, если PML заканчиваются как линии передачи. В этом случае задается постоянная распространения на минимальной частоте.

9. Задайте минимальное расстояние между PML и любым из излучаемых объектов в текстовом поле Minimum Radiating Distance.

Заметим, что толщина слоя не может изменяться после того, как объекты PML были созданы. Если вы хотите параметрически изменять толщину, задайте переменную как значение толщины.

Характеристики материала PML зависят от требуемой степени поглощения ближних полей на поверхности PML.

Рис. 5.8. Выбор параметров материала слоя PML 10. Щелкните Next. HFSS вычисляет соответствующие материалы PML на основа-нии частоты и материала основного объекта, и назначает эти материалы на объекты в группе PML. Появляется окно (рис. 5.9), в котором можно изменить параметры настройки.

11. Щелкните Finish.

Чтобы создать границу PML вручную:

1. Начертите объект PML на поверхности излучения, и затем выберите ее.

2. В окне Properties дайте объекту имя с префиксом PML.

Имена, которые начинаются с PML, необходимы для HFSS, чтобы считать их как объекты PML.

3. В меню HFSS укажите на Boundaries, и затем нажмите PML Setup Wizard. Появляется мастер PML Setup (рис. 5.7).

4. Выберите режим Use Selected Object as PML Cover.

Рис. 5.9. Первый шаг создания слоя PML вручную 5. Выберите базовый объект Corresponding Base Object, соприкасающийся с PML, из опускающегося списка.

6. Напечатайте толщину каждого слоя в поле Uniform Layer Thickness. В качест-ве толщины можно назначить переменную.

7. Выберите ориентацию объекта PML, по направлению излучения, в относитель-ной, или локальной системе координат.

8. Щелкните Next.

9. Чтобы задать, как PML нагружается, выберите один из следующих режимов:

a. PML Objects Accept Free Radiation, если PML нагружается на свободное пространство. Введите в поле Min Frequency самую низкую частоту в частотном диапазоне решения.

b. PML Objects Continue Guided Waves, если PML нагружается на линию передачи. Затем задайте постоянную распространения этой линии на минимальной частоте.

10. Задайте минимальное расстояние между PML и излучаемым объектом в разделе Minimum Radiating Distance.

11. Щелкните Next. HFSS вычисляет соответствующий материал PML, на основе исходных данных и материала основного объекта, и назначает этот материал слоям PML.

12. Щелкните Finish.

Рекомендации для назначения границ PML При назначении PML границ рекомендуется следовать следующим правилам:

• Использовать режим автоматического создания PML. Тогда HFSS создает новую относительную систему координат для каждого объекта PML. Это приводит к расположению объекта PML по направлению оси z, совпадающего с нормалью на поверхности основного объекта.

• HFSS создает слои PML равными по толщине. Если свойства PML нужно улучшить, и задать разными по толщине, можно создать отдельную группу PML для каждой стороны (однако толщина слоя зависит от частоты решения и должна быть не менее /20).

• Если базовый объект изогнут, то рекомендуется создавать PML вручную.

HFSS вычисляет свойства материала PML, используя нормальный вектор в центре базовой поверхности объекта. Если поверхность изогнута, нормальный вектор изменяется по поверхности. PML материалы будут иметь хорошие свойства только в случае, если нормальный вектор в каждой точке на поверхности соответствует нормальному вектору в центре поверхности.

Для повышения точности рекомендуется сегментировать кривую поверхность основного объекта. В этом случае создаются отдельные PML для каждого сегмента. Толщины каждого сегмента выбираются одинаковыми. Угол сегментов должен быть не больше 45°. Чем меньший угол каждого сегмента, тем большая точность PML.

Чтобы модифицировать границу PML:

1. Убедитесь, что никакой объект не выбран в окне 3D Modeler.

2. В меню HFSS, укажите на Boundaries, и затем нажмите PML Setup Wizard. Появляется последнее диалоговое окно мастера установки PML.

3. Если больше чем одна группа PML были определена, выберите группу PML, которую Вы хотите изменить.

4. Измените параметры настройки PML.

5. Щелкните Recalculate. HFSS автоматически повторно вычислит и назначит соответствующие материалы PML на объекты в группе.

6. Щелкните Finish.

Заметим, что если после создания PML объекты редактируются, материалы PML будут неверными и должны быть повторно рассчитаны в PML Setup Wizard. Например, если изменен материал базового объекта PML, связанные с ним PML должны быть повторно рассчитаны в PML Setup Wizard.

Тензоры материалов, используемых в PML границах Материал PML комплексно анизотропен. Пример покрытия PML показывается на рис. 5.10.

Рис.5.10. Построение идеально поглощаемых слоев PML, окружающих Чтобы гарантировать, что не будет иметься отражения на поверхности PML/ воздух, диагональные тензоры для x-, y- и z- направлений PML (PML_X, PML_Y, и PML_Z) задаются следующим образом.

Для слоев PML_X:

Для слоев PML_Y:

Для слоев PML_Z:

где C = a - jb.

Тензоры, обозначенные как PML_X, задают свойства PML в xнаправлении, что соответствует стенке PML в yz плоскости. Аналогично, PML_Y и PML_Z – обозначают тензоры для PML в y- и z-направлениях.

PML в различных направлениях должны быть связаны, чтобы создать поле с PML границами. Чтобы обеспечить полное покрытие, когда грани и углы двух PML соединяются, создавая края и угол объектов PML, тензоры граничного объекта, соединяющего PML_X и PML_Y, определяются следующим образом для PML_XY:

Аналогичные правила создания тензоров верны для согласованных PLM в xи z- направлениях и в y- и z- направлениях.

Тензор для угла определяется следующим образом для PML_XYZ:

После установления слоя PML, далее необходимо задать границы на наруж-ной поверхности. Самый простой путь состоит в том, чтобы ограничить поле или идеальными электрическими проводниками (PEC) или идеальными магнитными проводниками (PMC). Обычно использование PEC уменьшает размер задачи.

5.5.4. Назначение границ с конечной проводимостью Граница с конечной проводимостью представляет неидеальный проводник. Она аппроксимирует поведение поля на поверхности объекта;

HFSS не вычисляет поле внутри объекта.

Граница с конечной проводимостью правильна только в том случае, если моделируемый проводник - хороший проводник, то есть если толщина провод-ника намного больше, чем глубина скин-слоя в данном частотном диапазоне.

1. Выберите объект, или поверхность, на которой Вы хотите назначить границу конечной проводимости.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Finite Conductivity.

Появляется окно Finite Conductivity Boundary (рис. 5.11).

3. Введите имя границы в текстовом поле Name.

4. Сделайте одно из следующего:

• Введите проводимость в «Simens/m», и затем введите проницаемость.

• Выберите Use Material, нажимая заданное по умолчанию имя материала, и затем выберите материал из редактора материалов. Проводимость и значения проница-емости материала, который Вы выбираете, будут использованы для границы.

Рис. 5.11. Установка границы с конечной проводимостью 5. Выберите Infinite Ground Plane, если Вы хотите, чтобы поверхность представ-ляла электрически большую земляную плату, при расчете поля излучения во время постобработки.

Заметим, что, если Вы выбираете Infinite Ground Plane, влияние границы с конечной проводимости будет включено в решении поля обычным способом, но излучаемые поля будут вычислены, как будто земляная плата с потерями идеаль-но проводящая.

6. Щелкните OK. Заметим, что можно назначать переменную на значение прони-цаемости или проводимость.

Поверхности с конечной проводимостью используются для моделирования неидеальных проводников или активных нагрузок типа толстопленочных резисторов. На таких поверхностях задаются следующие граничные условия:

где:

• E компонента электрического поля, тангенциальная к поверхности, • ZS - поверхностный импеданс границы, ZS =( 1 + j ) / ( ), • n - единичный вектор, нормальный к поверхности, • H – магнитное поле, • - толщина скин-слоя проводника, который будет моделировать проводник, = 2 /(µ ) ;

• - частота волны возбуждения, • - проводимость проводника,. µ – магнитная проницаемость проводника.

Конечная проводимость поверхности приводит к наличию у электрического поля тангенциальной составляющей по этой поверхности.

Количественно потери будут пропорциональны квадрату тока, который течет по поверхности.

Поле внутри объема, ограниченного поверхностью с конечной проводимостью не вычисляется и полагается равным нулю.

Тот факт, что E-поле имеет тангенциальную составляющую на неидеально проводящей поверхности, моделирует случай, когда поверхность имеет потери.

Поверхности любых объектов, определенных как неидеальные проводники, и автоматически установлены как границы с конечной проводимостью. Заметим, что HFSS не вычисляет поле внутри этих объектов;

конечная граница проводимости аппроксимирует поле на поверхностях объектов.

Граничное условие с конечной проводимостью допустимо только, если моделируемый проводник – с хорошей проводимостью, то есть если толщина проводника намного большая, чем глубина поверхностного слоя в данном частотном диапазоне.

Если толщина проводника находится в пределах или больше, чем глубина скин-слоя на частотах анализа, то нужно использовать многослойное импедансное граничное условие.

Граница симметрии представляет собой идеальную E или идеальную H плос-кости. Границы симметрии дают возможность моделировать только часть структуры, что уменьшит размер и сложность конструкции. Эти границы используются только в режимах Driven Modal или Eigenmode.

Чтобы установить эти границы:

1. Выберите поверхность объекта, на которую Вы хотите назначить границу симметрии (рис. 5.12).

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Symmetry. Появляется окно Symmetry Boundary.

3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name, или примите имя по умол-чанию.

4. Выберите тип плоскости симметрии: Perfect E или Perfect H.

5. Щелкните Impedance Multiplier.

Если конструкция включает порт, Вы должны скорректировать множитель полных сопротивлений, иначе рассчитанные импедансы не будут соответствовать полной структуре. Появляется окно Port Impedance Multiplier (рис. 5.12).

6. Напечатайте значение в поле Impedance Multiplier, и затем нажмите OK.

7. Щелкните OK.

Когда Вы задаете плоскость симметрии, имейте в виду следующее:

• плоскость границы симметрии должна быть открыта земляной плате.

• плоскость симметрии не должна пересекать объект, начерченный в окне 3D Modeler.

• плоскость симметрии должна быть определена на плоской поверхности.

• Только три ортогональных плоскости симметрии могут быть заданы в задаче.

Положение идеальной границы E относительно идеальной В общем случае, используйте следующие рекомендации, чтобы решить, какой тип границы симметрии использовать: идеальную E или идеальную H:

• если симметрия такая, что E-поле является нормальным к плоскости симметрии, используйте идеальную E плоскость симметрии.

• если симметрия такая, что E-поле тангенциально к плоскости симметрии, используйте идеальную симметричную H плоскость.

Пример с прямоугольным волноводом, показанный на рис. 5.13, иллюстрирует различия между двумя типами границ. Показывается E-поле основной моды (TE10). Волновод имеет две плоскости симметрии, одну вертикальную через центр и одну горизонтальную.

Рис. 5. 13. Симметричные плоскости в сечении прямоугольного волновода Горизонтальная плоскость симметрии – поверхность Perfect E. E-поле нормально, и H-поле тангенциально к этой поверхности. Вертикальная плоскость симметрии – поверхность Perfect H. E-поле тангенциально, и Hполе нормально к этой поверхности.

Обычно, можно выбрать границу симметрии, рассматривая геометрию.

Например, если структура - микрополосковая линия, линии поля E идут между земляной платой и проводящей полоской; поэтому, E-поле тангенциально к любой вертикальной плоскости симметрии, которая разбивает микрополосковую линию пополам.

Если Вы выполняете решение для нескольких типов волн, имеете в виду, что направление E- и H-полей может отличиться от моды к моде. Идеальная H граница симметрии для основной моды может быть идеальной E стенкой для другой моды.

Ведущие и ведомые границы дают возможность моделировать периодические плоскости, где E-поле на одной поверхности соответствует Eполю на другой плоскости с заданной разностью фаз (рис. 5.14). Они фиксировано устанавливают E-поле в каждой точке на границе Slave, соответствуют E-полю с разностью фаз в каждой соответствующей точке на границе Master. Они полезны для моделирования устройств типа Разность фаз 0 градусов Разность фаз 90 градусов Рис. 5.14. Поля на границах Master и Slave установлены с разностью фаз градусов, что показывает, что поле антенной решетки смещается и В отличие от границ симметрии, на этих границах поле E не является тангенциальным или нормальным. Единственное условие состоит в том, что поля на этих двух границах должны иметь равные величины и направление (или равные величины и встречные направления).

При создании согласуемых границ, имейте в виду следующее:

• Ведущие и ведомые границы может быть назначены только на плоские поверхности. Они могут быть поверхностями двумерных или трехмерных объектов.

• геометрия поверхности на одной границе должна соответствовать геометрии поверхности другой границы. Например, если Master прямоугольная поверхность, Slave должна быть прямоугольной поверхностью того же самого размера.

• если сетка разбиения (рис. 5.15) на ведущей границе не соответствует точно сетке на ведомой границе, решение будет неверным. Обычно HFSS автоматически согласует сетку разбиения на каждой границе; однако, в случаях резких изменений геометрии сетка может быть не создана согласованой. Чтобы избежать неудачу, создайте виртуальный объект на ведомой границе, которая точно соответствует любому дополнительному объекту на ведущей границе, или создайте виртуальный объект на ведущей границе, который точно соответствует виртуальному объекту на ведомой границе.

Разбиение на сетку волновода(внизу) и Более плотная сетка разбиения области, связанной периодическими границами Рис. 5.15. Процесс уплотнения сетки разбиения на поверхности волновода • чтобы задать поверхность ведущей или ведомой границей, нужно задать систему координат, которая определяет плоскость, на которой находится устанавливаемая граница. HFSS стремится согласовать эти две границы так, чтобы эти две системы координат должны быть согласованы друг с другом.

Если они не согласованы, HFSS изменяет границу Slave так, чтобы она была согласована ведущей границе. Поверхность, на которую назначена граница Slave, также преобразуется. Если, после выполнения этого, две поверхности не занимают ту же самую позицию относительно их смешанной определенной системы координат, дается сообщение об ошибке.

Например, рассмотрим рис. 5.16.

Рис. 5.16. Системы координат, которые заданы на ведомую и ведущую Чтобы согласовать систему координат ведущей границы, нужно вращать на 90° против часовой стрелки систему координат на ведомой границе; когда это сделано, Вы получаете ситуацию, показанную на рис. 5.17.

Рис. 5.17. Смещенные координатные системы границы Master и Slave Две поверхности на рис. 5.17 не согласованы и таким образом сетка разбиения на ячейки не будет согласована, вызывая сообщение об ошибке.

• угол между векторами, определенными точкой u и точкой v, должен быть равен для ведущей и ведомой границ.

Ведущие и ведомые границы дают возможность моделировать периодические границы, когда E-поле во всех точках на ведомой граничной поверхности соответствует E-полю каждой смежной точки на границе Master с разностью фаз. Преобразование используется для нанесения E-поля от границы Master к границе Slave, с учетом задаваемой системы координат, и на ведущих и ведомых границах.

1. Выберите поверхность, на которой назначается ведущая граница.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Master. Появляется диалоговое окно Master Boundary.

3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name.

4. Необходимо задать систему координат в плоскости, на которой будет находиться граница. Сначала создайте вектор U системы координат. HFSS использует вектор U, который Вы чертите и нормальный вектор поверхности границы, чтобы установить V-ось. Затем задайте направление вектора V (рис.

5.18).

a. Выберите New Vector из опускающегося списка (вектор U).

Диалоговое окно Master Boundary исчезает, во время черчения вектора U.

b. Выберите начало координат U вектора, которое должно быть на поверхности границы, нажимая точку, или печатая координаты точки в полях X, Y, и Z.

c. Выберите точку на u-оси. Вновь появляется диалоговое окно Master Boundary.

d. Чтобы изменить направление вектора V, выберите Reverse Direction.

Рис. 5.18. Системы координат UV на ведущей и ведомой границах 5. Щелкните OK. HFSS вычислит E-поле на этой границе и отобразит его к ведо-мой границе, используя преобразование, на основании заданных ведущими и ведомыми системами координат.

Границы Master и Slave дают возможность моделировать периодические границы. E-поле во всех точках на ведомой границе Slave, форсированно связано с E-полем в каждом согласованной точке на границе Master с заданной разностью фаз. Чтобы описать ведомую границу:

1. Выберите плоскость, на которой Вы хотите назначить границу Slave.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Slave. Появляется мастер установки границы Slave.

3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name.

4. Выберите соответствующую ведущую границу из списка границ Master.

Если ведущая граница еще не была определена, возвратитесь к этому выбору, когда она будет определена.

5. Далее необходимо задать систему координат в плоскости, на которой граница существует. Сначала нужно создать вектор U системы координат.

HFSS использует вектор U, который Вы чертите и нормальный вектор из поверхности границы, чтобы установить V-ось. Затем задайте направление вектора V.

a. Выберите New Vector из опускающегося списка U Vector.

Диалоговое окно Boundary Slave исчезает, когда Вы чертите вектор U.

b. Выберите начало координат U вектора, которое должно быть на поверхности границы, либо нажимая точку, либо вводя координаты точки в полях X, Y, и Z.

c. Выберите точку на u-оси. Вновь появляется диалоговое окно Boundary Slave.

d. Чтобы изменить направление вектора V, выберите Reverse direction.

6. Щелкните Next.

7. Выберите режим, чтобы связать E-поле на границе Slave с E-полем на границе Master одним из следующих путей:

• Выбор угла сканирования предполагает ввод угола сканирования в поле Phi и угла сканирования в поле Theta. В этом случае задержка по фазе рассчитывается по углам сканирования; однако, если Вы знаете задержку по фазе между соседними излучателями, Вы можете вводить это значение непосредственно в поле Phase Difference.

• Выбор Field Radiation, предполагает ввод разности фаз, или задержку по фазе, между E-полями границ в поле Phase Difference. В этом случае HFSS вычислит E-поле на границе Master, используя преобразование, определенное системами координат Slave и Master.

Заметим, что Вы можете назначать переменную как величины phi, тета, или как разность фаз.

E-поле на границе Slave назначается согласовано E-полю на ведущей границе. Величины E-поля на обеих границах – равны; однако поля могут быть не совпадающие по фазе друг с другом.

Функция, связывающая электрическое поле на ведомой границе, ES, к электрическому полю на ведущей границе, EM, зависит от типа задачи, которую Вы решаете. Например, рассмотрим моделирование бесконечной антенной решетки для прямоугольной антенной решетки. Пусть антенная решетка возбуждается так, чтобы излучать в направлении (, ) в сферических координатах. Поля над антенной решеткой испытывают задержку по фазе где • k' – волновое число, • r0 - единичный вектор в направлении сканирования, • - вектор от ведомой границы до ведущей границы.

Чтобы решить эту задачу методом конечных элементов, HFSS включает сдвиги фаз в соотношение между согласованными границами. То есть величины электрического поля на ведущей границе будут связаны со значениями электрического поля на соответствующих точках на ведомой границе. Это уравнение следующее:

Опции угла сканирования Задержка по фазе рассчитывается по углам сканирования. Однако, если Вы знаете задержку по фазе, Вы можете ввести ее непосредственно.

5.8. Назначение сосредоточенных RLC Границ Чтобы смоделировать комбинацию дискретного резистора, индуктивности, и/или конденсатора, включенных параллельно, на поверхности, создается граница Lumped RLC boundary. Эта граница представляет параллельно включенные эле-менты R, L, и C (рис. 5.19).

Подобно импедансной границе, на границах lumped RLC выполняются сле-дующие условия:

где • Zs поверхностный импеданс границы Rs + jXs, где • Rs сопротивление в Омах/ квадрат.

• Xs реактивное сопротивление в Ом/квадрат.

• n единичный вектор нормальный к поверхности • Htan компонента H-поля, тангенциальной поверхности.

В отличие от импедансных границ, не нужно использовать импедансы, задава-емые в Омах на квадрат, а можно применить реальные величины R, L, и C. HFSS затем определяет импеданс на квадрат по границе дискретного RLC на какой либо частоте.

Сосредоточенная RLC граница представляет комбинацию сосредоточенного резистора, индуктивности, и-или конденсатора, на поверхности. Изменяя комби-нацию элементов R, L, С можно смоделировать различные схемы. Например, последовательное включение сосредоточенных элементов RLC может быть смоделировано тремя элементами последовательной схемы: одна поверхность, представленная только сопротивлением, одна поверхность представленной только индуктивностью, и одна поверхность, представленная только емкостью.

Чтобы создать такую границу:

1. Выберите объект, или поверхность, на котором Вы хотите назначить сосредоточенную RLC границу.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Lumped RLC.

Появляется окно Lumped RLC Boundary (рис. 5.20).

Рис. 5.20. Создание дискретной границы RLC 3. Напечатайте имя границы в текстовом поле Name.

4. Сделайте следующее:

• если присутствует резистор, отметьте Resistance, и напечатайте значение сопротивления в Ом.

• если присутствует индуктивность, выберите Inductance, и напечатайте значение индуктивности в Гн.

• если присутствует конденсатор, выберите Capacitance, и напечатайте значение емкости в фарадах.

По желанию, Вы можете назначать переменные на эти значения.

5. Начертите линию текущего тока, которая соединяет начальную и конечную точки элемента. Для этого:

a. Выберите New Line из списка Current Flow Line.

Диалоговое окно Lumped RLC Boundary исчезает, когда Вы чертите линию тока.

b. Выберите начальную точку, либо нажимая ее, либо вводя координаты точки в полях X, Y, и Z.

c. Выберите конечную точку, используя мышь или клавиатуру. Эта точка определяет направление и длину линии. Когда линия задана, ее можно отредактировать, изменяя начальные и конечные точки, т,е. направление линии, командой Swap End Points из списка Current Flow Line.

5.9. Назначение импедансных слоистых границ Импедансная слоистая граница используется, чтобы моделировать несколько тонких слоев в структуре как одну импедансную поверхность.

Эффект получается тот же самый, как в случае импедансного граничного условия, за исключением того, что HFSS вычисляет полное сопротивление поверхности, основанное на данных, когда Вы вводите слоистую структуру.

При задании этой границы принимается во внимание шероховатость поверхности.

Реактивная и активная величины рассчитываются отдельно для внутренних и внешних импедансных границ. Для внешних импедансных границ HFSS рассчи-тывает импедансы для стороны поверхности в согласии с областью расчета и присваивает эту величину к границе. Для внешнего импедансного слоя HFSS рассчитывает усредненную величину импеданса для двух сторон поверхности, находящихся в контакте с областью расчета и присваивает эту величину границе.

Граница слоистой структуры может быть рассчитана на одной частоте, а также в диапазоне дискретных частот и в режиме интерполяции.

1. Выберите поверхность, на которую Вы хотите назначить слоистую импедан-сную границу.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Assign>Layered Impedance.

Появляется мастер слоистой границы Layered Impedance Boundary (рис.

5.21).

3. Напечатайте имя границы в поле Name.

4. Введите Surface Roughness для слоистой структуры.

Если слоистая структура внутренняя в конструкции, введите среднюю шерохова-тость поверхности по двум наиболее удаленным сторонам. Это значение можно задать как переменную.

5. Щелкните Next.

Рис. 5.21. Установка границы Рис. 5.22.Установка границы поверхностного импеданса на 1 шаге слоистого поверхностного импеданса 6. Если слоистая структура расположена как внешняя в конструкции:

• Выберите тип Infinite, Perfect E, или Perfect H из списка Thickness/Type.

По умолчанию, HFSS предполагает, что многослойная структура внешняя в конструкции; и перечисляет слои от наиболее удаленного слоя структуры.

Если слоистая структура находится в пределах трехмерной модели, сделайте следующее:

a. Выберите опцию Internal (поставьте галочку в окошке рис. 5.22).

b. Введите толщину для первого слоя в столбце Thickness/Type. Вы можете назначать переменную как это значение.

7. Чтобы изменять материал первого слоя, нажмите vacuum, и выполните процедуру назначения материала.

8. Чтобы прибавить новый слой к структуре:

a. Нажмите New Layer (рис. 5.22). Новый слой добавлен в конце списка.

b. Введите толщину для слоя в столбце Thickness/Type. Вы можете назначать переменную как это значение.

c. Чтобы изменить материал слоя, нажмите Vacuum и задайте другой материл.

9. По желанию, чтобы переупорядочить слои, перетащите строки в списке к желательной позиции.

10. Чтобы рассмотреть значения импеданса, которые будут рассчитаны основан-ными на данных, сделайте следующее:

a. Введите частоту, в текстовом поле Test Frequency на которой выполняется решение.

b. Щелкните Calculate. Появляются реальная и мнимая составляющие значения импеданса слоя, рассчитанные HFSS.

11. Щелкните Finish. Слоистая импедансная граница назначается на выбранную поверхность.

Расчет импеданса для слоистой импедансной границы Импеданс слоистой структуры рассчитывается рекурсивно, используя формулу расчета импеданса, известную из теории линии передачи где • Zinputk входной импеданс для k-го слоя, • ch функция гиперболического косинуса, • sh функция гиперболического синуса.

• k0 волновое число свободного пространства, • rk относительная комплексная диэлектрическая проницаемость k-го слоя.

• µrk относительная комплексная диэлектрическая проницаемость k-го слоя.

• dk толщина k –го слоя.

Расчет шероховатости поверхности для слоистой импедансной границы Параметр surface roughness рассчитывается как изменение усредненной проводимости на поверхности импедансной плоскости.

Шероховатость поверхности увеличивает потери проводимости. Ansoft HFSS учитывает шероховатость при модификации проводимости следующим образом:

где • проводимость материала, • h высота шероховатости поверхности.

• s толщина скин-слоя.

Чтобы учесть влияние бесконечной земляной платы (противовеса), установите флажок Infinite ground plane при установке идеальной E, границы конечной проводимости, или импедансной границы. Этот режим действует только на постпроцессорные расчеты. Постпроцессор моделирует земляную плоскость как идеально проводящую плоскость бесконечного размера.

Концептуально, граничное условие, обозначенное как бесконечный противовес, делит область решения в верхнюю половину области, где находится вся модель, и на нижнюю половину ее, где излучаемые поля будут отсутствовать. Параметры антенны, включая мощность излучения, будут находиться из этих условий.

Потери в земляной плоскости могут быть учтены в режиме Infinite ground plane, при назначении границы с конечной проводимостью или импедансной границы. Влияние этих границ включается в решение поля обычным способом, но излучаемые поля вычисляются в трехмерном постпроцессоре, как будто земляные платы идеально проводящие.

При задании бесконечной земляной платы, имейте в виду следующее:

• Бесконечная земляная плоскость в модели должна быть в виде земляной платы.

• Бесконечная земляная плата должна быть задана планарной.

• общее количество бесконечных земляных плоскостей и плоскостей симметрии не может превышать трех.

• Все бесконечные земляные плоскости и плоскости симметрии должны быть взаимно ортогональными.

Граничные условия задают поля на границах в области задачи и интерфейса объекта. Эта область включает информацию о следующих типах границ:

• Частотно-зависимые границы (Frequency-Dependent Boundaries) • Границы по умолчанию (Default Boundary Assignments) Вообще, граница и параметры возбуждения не могут зависеть от встроенных функций. Исключение - когда параметр зависит от частоты Freq.

Следующие параметры границ могут быть записаны в виде выражения, которые включают частоту Freq:

• граница Impedance - параметры Resistance и Reactance.

• граница Finite conductivity - параметр Conductivity. Если материал определен, материал может быть зависеть от частоты.

• граница Slave - параметр Phase.

• Сосредоточенная RLC граница – параметры R, L, и C.

• Многослойная граница полного сопротивления - материалы, назначенные на слоях, также могут зависеть от частоты.

Заметим, что при выборе зависимости от частоты Freq решение верно только на одной частоте и для режима Discrete и для режима Interpolating. В режиме Fast sweep, решение будет получено на центральной частоте, но может быть не верным для других частот.

Если в модели остается поверхность, не заданная как граница, то на нее назначается одно из следующих границ:

Обычная граница Perfect E назначается на все границы, которые smetal не выбраны как Solve Inside в окне свойств Properties и считаются как идеальные проводники.

Граница конечной проводимости, заданная для каждого объекта, свойств Properties и который не являются идеальным проводником. это имя объекта, границы которого Границы по умолчанию, приложенные ко всем оставшимся outer Использование этой границы, задаваемой HFSS по умолчанию, позволяет упростить задание границ в сложных конструкция с внутренними полостями.

Чтобы изменить свойства границы, сделайте одно из следующего:

• Дважды щелкните значок границы в дереве проекта. Появляется диалоговое окно границы, в котором Вы можете редактировать его свойства.

• Щелкните правой кнопкой мыши границу в дереве проекта, и затем нажмите Properties в меню. Появляется окно границ, в котором Вы можете редактировать его свойства.

• В меню HFSS, нажмите List. Появляется окно Design List, в котором Вы можете изменять свойства одной или большего количества границ.

Чтобы удалить границу:

1. Выберите границу, которую Вы хотите удалить, или выберите ее значок в дереве проекта.

2. В меню Edit нажмите Delete.

Чтобы удалить все границы, в меню HFSS укажите на Boundaries, и затем нажмите Delete All.

Вы можете также удалить одну или большее количество границ в диалоговом окне Design List:

1. В меню HFSS нажмите List. Появляется окно Design List.

2. В закладке Boundaries, нажмите линию границы, которую Вы хотите удалить.

3. Щелкните Delete.

Вы можете переназначить границу к другой поверхности. Это полезно, когда Вы изменили объекты с назначенными, но неверными границами.

Например, при объединении двух объектов с назначенными границами, граница второго объекта станет неверной, потому что объединенные объекты принимают характеристики первого выбранного объекта. В этом случае, нужно или переназначить границу или удалить ее. Для этого:

1. Выберите объект, или поверхность, на которой Вы хотите назначить существующую границу.

2. Нажмите HFSS>Boundaries>Reassign. Появляется окно Reassign Boundary.

3. Выберите существующую границу из списка, и затем нажмите OK.

Граница переназначена к другому объекту или поверхности объекта.

Альтернативно, выберите объект, или поверхность, на которой Вы хотите назначить существующую границу (рис. 5.23).

Щелкните правой кнопкой мыши существующую границу в дереве проекта, и затем нажмите Reassign в меню.

Рис. 5.23. Переназначение границы WavePort на новую границу LumpPort Источники возбуждения также описываются в виде границ. Так, возбуждение волновода можно выполнить с помощью источника плоской волны WavePort, а можно с помощью дискретного источника Lumped Port. В обоих случаях задаются векторы в плоскости порта, и при переназначении этих границ HFSS стремится сохранить положение векторов.

Каждая граница или возбуждение, которое Вы назначаете, перекрывая существующую границу или возбуждение, требует операции Reprioritize. Вы можете изменять приоритет предварительно назначенной границы или возбуждения, чтобы увеличить по сравнению с ранее назначенной границей.

Порядок границ и возбуждений важен, потому что при решении, для любого ребра тетраэдра принимается только одно граничное условие или возбуждение. Когда накладываются два определения, то один из них имеет более высокий приоритет при решении.

1. Нажмите HFSS>Boundaries>Reprioritize, чтобы повторно присваивать приоритет границам. Нажмите HFSS>Excitations>Reprioritize, чтобы повторно присваивать приоритет возбуждениям.

Появляется окно Reprioritize Boundaries and Excitations (рис. 5.24).

Порядок границы и возбуждения появляются в списке, указывая порядок, в котором они были определены. Самое последнее назначение находится сверху списка. Порты автоматически помещаются сверху списка; порты имеют самый высокий приоритет.

Рис. 5.24. Диалог установки приоритета границам 2. Измените границы или возбуждения в соответствии с нужным порядком очередности.

Заметим, что в дереве проекта порядок границ, и возбуждения расположены в алфавитном порядке. Этот порядок не соответствует приоритету границ и возбуждений, воспринимаемых решающим устройством.

Дублирование границ и возбуждений вместе с геометрией Чтобы продублировать границу или возбуждение одновременно с геометрией:

1. Откройте диалоговое окно HFSS Options: в меню Tools, укажите на Options, и затем нажмите HFSS Options.

2. Выберите команду Duplicate boundaries with geometry.

Все границы и возбуждения будут дублироваться с их связанными структурами, пока Вы не снимаете эту опцию.

Для того чтобы использовать эту опцию при копировании границ:

1. Выберите поверхность, на которую Вы хотите назначить границу.

2. В меню 3D Modeler, укажите Surface, и затем нажмите Create Object From Face.

3. Назначьте границу на новую поверхность объекта.

4. Скопируйте, и вставьте новую поверхность для копирования операцией Paste.

После установки граничных условий, удобно их просмотреть и проверить.

Вы можете выбрать показ и скрытие границ или возбуждения по геометрии, по имени или по положению в активном окне просмотра или во всех окнах.

5.14.1. Показ и скрытие границ и возбуждений в активном окне 1. В меню View, нажмите Visibility. Появляется диалог Visibility (рис. 5.25).

Рис. 5.25. Установка режима просмотра границ 2. Откройте закладку Boundaries, если Вы хотите показать или скрыть границы. Нажмите закладку Excitations, если Вы хотите показать или скрыть источники возбуждения.

3. Снимите выбор Visibility тех границ и возбуждений, которые Вы хотите скрыть. Граница или возбуждение будут видимы, если только они выбраны.

4. Выберите опцию Visibility для границ и возбуждений, которые Вы хотите показать в активном окне представления.

Граница или возбуждение будут видимы в активном окне представления, когда они выбраны.

5.14.2. Показ и скрытие границ и возбуждений в каждом окне представления 1. Нажмите HFSS>Boundaries>Visualization, если Вы хотите показать или скрыть границы. Нажмите HFSS>Excitations>Visualization, если Вы хотите показать или скрыть возбуждения.

2. Очистите выбор границ и возбуждений командами View Geometry, View Name, или View Vector, которые Вы хотите скрыть. Выберите параметры показа. Они относятся ко всем окнам представления.

5.14.3. Пересмотр границ и возбуждений перед решением После того, как Вы назначили все необходимые границы и возбуждения к модели, Вы должны сделать обзор их порядка очередности согласно решающему устройству HFSS. Рассмотрение границ модели и возбуждений для получения верного решения требует выставить верный приоритет каждой из границ.

Чтобы просмотреть последовательность границ и возбуждений:

1. В меню HFSS, нажмите Boundary Display (Solver View). HFSS генерирует начальную сетку разбиения и определяет размещения границ и модель возбуждения.

Появляется окно Solver View of Boundaries (рис. 5.26), в котором перечисляются все границы и возбуждения для активной модели в порядке, указанном в диалоговом окне Reprioritize Boundaries and Excitations.

Рис. 5.26. Просмотр границ назначенных в конструкции 2. Выберите опцию Visibility для просмотра границ или возбуждений.

Выбранные границы или возбуждения будут появляться в окне 3D Modeler в заданном справа цвете.

• Если граница или возбуждение установлены правильно, в столбце Solver Visibility появляется надпись Visible to Solver.

• Для каждой границы или возбуждения, которое будет игнорироваться решающим устройством из-за накладывания его на существующую границу или возбуждение с более высоким приоритетом, в столбце Solver Visibility будет появляться надпись Overridden.

3. Проверьте границы или возбуждения, которые Вы назначили на модель, как Вы предназначаете для решения.

4. Если порядок очередности не введен Вами, повторно присваивайте приоритет границам и возбуждениям.

5.15. Установка значений по умолчанию для границ и возбуждений При назначении границ или возбуждений, многие из полей на границе и диалоговых окнах возбуждения приобретают значения "по умолчанию". Эти значения "по умолчанию" первоначально установлены HFSS, но могут отменяться.

Чтобы изменять значения "по умолчанию", связанные с конкретной границей или типом возбуждения:

1. Назначьте границу или возбуждение.

2. Измените любые значения "по умолчанию".

3. Закройте диалоговое окно возбуждения или границы.

4. Повторно откройте диалоговое окно новой границы или окно возбуждения.

Затем откройте закладку Defaults (рис. 5.27).

Рис. 5.27. Установка параметров порта по умолчанию 5. В закладке Defaults, нажмите Save Defaults. Значения, назначенные на эту границу, будут сохранены как значения "по умолчанию" и будут назначаться, при создании новых границ этого типа.

6. При необходимости, щелкните Revert to Standard Defaults.

Значения "по умолчанию", которые Вы устанавливаете для этого типа границы, будут очищены и возвратятся к значениям "по умолчанию", установленным HFSS.

Возбуждения в HFSS используются, чтобы задать источники электромагнит-ных полей, зарядов, токов, или напряжений на объектах или поверхностях в проекте. Вы можете назначать следующие типы возбуждений для метода решения Driven:

Представляет поверхность, через которую сигнал Wave Port вводится или выводится из геометрической Представляет внутреннюю поверхность, через Lumped которую сигнал вводится или выводится из Port Представляет распространяющуюся волну, Incident Wave Представляет источник постоянного напряжения Voltage Source Источник постоянного электрического тока поперек Current Source Используется для задания внутреннего поля, Magnetic которое дает магнитное смещение в трехмерном Bias После назначения возбуждения, Вы можете модифицировать следующие его свойства:

• Переназначение его к другой поверхности.

• Повторное присваивание приоритета.

• Скрытие его видимости.

• Изменение импеданса.

5.16.1. Назначение волноводных портов Волновые порты представляют места в геометрии, через которую сигналы возбуждения вводятся и выводятся из структуры. Они используются, когда моделируются микрополосковые линии и волноводные структуры. Установка волноводных портов несколько изменяется в зависимости от типа решения задачи, т.е. является ли решение модальным (modal) или нагрузочным (terminal).

По умолчанию, плоскость раздела между всеми трехмерными объектами и земляной платой – идеальная E граница, через которую никакая энергия не может вводиться или выводиться. Волноводные порты обычно помещаются на эту плоскость, чтобы занять все сечение полем возбуждения, которое связывается с полями в других объектах.

Рис. 5.28. Распределение поля в двумерном сечении круглого волновода HFSS предполагает, что каждый волновой порт, который Вы задаете, связан с полубесконечным волноводом, который имеет то же самое сечение и свойства материала, как порт. При расчете S-параметров, HFSS предполагает, что структура возбуждена типами волн (модами), связанными с этими сечениями. Решения двумерного поля, сгенерированные для каждого волнового порта служат как граничные условия на этих портах для трехмерной задачи. Окончательное решение поля должно соответствовать двумерному распределению поля в каждом порте (рис. 5.28).

HFSS генерирует решение, возбуждая каждый волновой порт отдельно.

Каждая падающая мода на порте несет один ватт усредненной во времени мощности. Порт 1 возбужден сигналом равным одному ватту, а на другие порты мощность не подается. После того, как решение получено, на порт назначается мощность в один ватт, а на другие порты мощности не подаются и т.д.

При создании трехмерной модели, внутренний порт может быть представлен сосредоточенным портом Lumped Port. Сосредоточенные порты вычисляют S-параметры непосредственно на портах. S-параметры могут быть повторно нормализованы и вычислены Y-матрица и Z-матрица.

Сосредоточенные порты имеют задаваемое пользователем волновое сопротивление.

5.16.2. Задание волновых портов в режиме modal В некоторых случаях, например когда порт квадратный или круглый, не только положительное и отрицательное направление под вопросом, но и линия, по которой выравнивается E-поле, также произвольно.

Например, в случае квадратного волновода, E-поле волны основного типа может быть выровнено горизонтально, вертикально, или по диагонали в пределах волновода. Не имеется никакого привилегированного направления.

Однако, если Вы выбираете Polarize E Field, HFSS выравнивает поле по заданной линии (рис. 5.29).

Рис. 5.29. Задание порта прямоугольного волновода и круглого волновода с Круглые волноводы требуют поляризации E-поля. Направление E-поля при t = 0 может быть указано в любом направлении. Чтобы выровнять поле в нужном направлении, задается линия интегрирования, и выбирается Polarize E Field. В этом случае, линия интегрирования должна лежать в середине порта, то есть в плоскости симметрии.

При поляризации E-полей, соблюдайте следующие рекомендации, иначе результаты могут получиться неверными:

• Поляризуйте E-поле только в квадратных или круглых волноводах.

• Убедитесь, что волноводный порт питает один проводник (стенку волновода).

• не поляризуйте E-поля, если Вы используете границу симметрии.

Поляризация автоматически накладывает выполнение граничного условия симметрии.

Чтобы задать волноводный порт:

1. Выберите поверхность объекта, которую Вы хотите описать как порт.

2. Нажмите HFSS>Excitations>Assign>Wave Port. Появляется ассистент порта Wave Port (рис. 5.30).

3. Напечатайте имя порта в текстовом поле Name, или примите имя по умолчанию, и затем нажмите Next.

Рис. 5.30. Вторая страница ассистента порта 4. Чтобы задать более, чем один тип волны в порту, напечатайте это значение в поле Number of Modes, и затем нажмите Update. Столбец mode изменяется, чтобы включить общее количество типов волн (рис. 5.31).

Рис. 5.31. Задание количества типов волн в сечении порта и линий 5. Чтобы задать линию интегрирования для каждого типа волн, сделайте следующее:

a. Следуйте за инструкциями для задания линии интегрирования.

b. Выберите метод, чтобы вычислить волновое сопротивление, выбирая Zpi, Zpv, или Zvi из списка Characteristic Imp.

c. Выберите Polarize E Field, чтобы выровнять E-поле для основного типа волн (мода 1) с линией интегрирования.

6. Щелкните Next.

7. Чтобы повторно нормализовать порт к конкретному импедансу порта, выберите Renorm, и затем введите значение импеданса (рис. 5.32).

8. Чтобы выполнить разгерметизацию порта, выберите команду Deembed, и затем напечатайте расстояние добавляемой линии передачи. Эту длину линии можно задать как переменную. Альтернативно, нажмите Get Distance Graphically, чтобы начертить линию с выбранной длиной разгерметизации.

Рис. 5.32. Задание на нормализацию S-матрицы и разгерметизацию 9. Щелкните Finish.

Замечание. Используйте дискретные порты, чтобы представить внутреннюю поверхность, через которую сигнал возбуждения входит или выходит из геометрии.

Заметим, что расстояние разгерметизации порта имеет положительное значение, а из порта - отрицательное значение. Использование режима разгерметизации позволяет повысить точность расчета при незначительном удалении порта от неоднородной структуры.

5.16.3. Создание волновых портов для решения в режиме Terminal 1. Выберите поверхность объекта, на которую Вы хотите назначить порт (рис. 5.33).

2. Нажмите HFSS>Excitations>Assign>Wave Port. Появляется ассистент порта Wave Port.

3. Напечатайте имя порта в поле Name, или примите имя по умолчанию, и затем нажмите Next.

4. Чтобы определить больше чем одну нагрузку для типов волн, напечатайте это значение в Number of Terminals, и затем нажмите Update. Число нагрузок в волновом порте должно быть равно числу типов волн, установленных в порту. Таблица модифицируется, чтобы включить общее количество нагрузок.

5. Следуйте за подсказками для определения линии нагрузки, и затем нажмите Next.

6. Если нужно, следуйте за инструкциями для определения дифференциальных пар, и затем нажмите Next.

7. Чтобы повторно нормализовать порт к конкретному импедансу, напечатайте его значение в текстовом поле Reference Impedance.

8. Чтобы разгерметизировать порт, выберите Deembed, и затем напечатайте расстояние линии передачи, которое нужно добавить.

Альтернативно, нажмите Get Distance Graphically, чтобы начертить линию с длиной разгерметизации.

9. Щелкните Finish. Положительное значение расстояния разгерметизации имеет направление порт. Отрицательное значение расстояния разгерметизации имеет направление из порта.

Рис. 5.33. Установка многомодовой модели в круглом волноводе (показан срез). Требуется расчет 4 типов волн: H11 вертикальной поляризации, H горизонтальной и две дополнительные моды E01 и H Дискретные порты аналогичны традиционным волновым портам, но могут быть расположены внутри структуры и иметь комплексный импеданс, заданный пользователем (рис. 5.34). Дискретные порты рассчитывают Sпараметры сразу на портах. Они используются, когда выполняется моделирование микрополосковых структур. Их установки меняются в зависимости от метода решения modal или terminal.

Дискретные порты могут быть заданы на прямоугольнике между краем линии и земляной платой или как традиционный волноводный порт.

Рис. 5.34. Дискретные порты, созданные для внедрения активного элемента При установке дискретных портов имеются следующие ограничения:

• Комплексный импеданс должен быть ненулевой и сопротивление должно быть неотрицательное.

• Если тип решения terminal, позволяется только один тип волны порта, или только одна нагрузка.

• Должны быть определены или линия интегрирования или нагрузочная линия.

Комплексный импеданс Zs, определенный для сосредоточенного порта служит как опорный импеданс для расчета S-матрицы. Импеданс Zs имеет характеристики волнового импеданса; он используется, чтобы определить напряжение V и ток I, в дальнейшей нормировке по мощности.

В другом случае Вы получили бы идентичную S-матрицу, решая задачу при использовании комплексного импеданса для сосредоточенного Zs или при перенормировке существующего решения к тому же самому комплексному импедансу.

Когда опорный импеданс – комплексная величина, модуль элементов Sматрицы - не всегда меньше или равен 1, даже для пассивного устройства.

Заметим, что когда дискретный порт используется как внутренний порт (рис.

5.35), проводящая плоскость, требуемая для традиционного волноводного порта должна быть удалена, чтобы предотвратить короткое замыкание источника.

Рис. 5.35. Проект конструкции сотового телефона, в который внедрена антенна Bluetooth, питаемая с помощью дискретного порта 5.17.1. Описание дискретных портов для решений Terminal Внутренние дискретные порты полезны при объединении пассивных волноводных структур и дискретных элементов: диодов, транзисторов.

Объединение выполняется в программе, использующей узловое представление и соединение в виде проводов, что означает расчет тока.

Программа Ansoft Designer, например, а также MWO можно использовать, транслируя в нее рассчитанные S-параметры многопортовой структуры, и затем создания в ее поле полной схемы. Для того, чтобы в трехмерной структуре создать порт, к которому впоследствии будет присоединен активный элемент:

1. Выберите плоскость конструкции, к которой будет соединен вывод активного элемента.

2. Кликните HFSS>Excitations>Assign>Lumped Port.

Появляется ассистент Lumped Port (рис. 5.36).

3. Напечатайте имя порта в поле Name или примите имя по умолчанию.

4. Задайте комплексный импеданс порта:

a. Введите активное сопротивление или реальную часть импеданса в поле Resistance.

b. Введите реактанс или мнимую часть импеданса в поле Reactance, и затем клик-ните Next. Эти величины можно задать как переменные проекта.

5. Выберите метод, которым рассчитывается характеристический импеданс:

Zpi, Zpv или Zvi из списка Characteristic Imp, и затем кликните Finish.

Линия интегрирования – это вектор, который может представлять или линию калибровки, которая определяет направление распределения поля возбуждения в порте; или импедансную линию, вдоль который вычисляется импедансы Zpv или Zvi порта (рис. 5.37).

Чтобы задать линию интегрирования:

1. В диалоге Wave Port или Lumped Port, откройте закладку Modes.

2. Выберите New Line из списка типов волн Integration Line.

Диалоговое окно исчезает, когда Вы чертите вектор.

Рис. 5.37. Установка параметров дискретного порта и интегральной линии 3. Выберите начальную точку вектора, или нажимая точку, или напечатав координаты точки в полях X, Y и Z.

4. Выберите конечную точку вектора, используя мышь или клавиатуру (рис.

5.38). Конечная точка определяет направление и длину линии интегрирования.

Вновь появляются окна Wave Port или окно Lumped Port.

Рис. 5.38. Задание дискретного порта, возбуждающего вертикальную 5.17.3. Рекомендации для задания линий интегрирования Линия интегрирования - вектор, который может представлять следующее:

• линию калибровки, которая определяет направление распределения поля возбуждения в порте. Если выполняется анализ нескольких типов волн в порту, нужно задать набор линий интегрирования для каждого типа волн;

направление электрического поля может отличаться для каждого типа волн.

• импедансную линию, вдоль которой вычисляются Zpv или Zvi для порта. В этом случае, выберите две точки, в которых разность напряжения, как ожидается, будет максимальным. Например, в микрополосковом порте, поместите одну точку в центр микрополосковой линии, а другую непосредственно ниже этой точки на земляной плате. В прямоугольном волноводе, разместите две точки в центр более длинных сторон.

5.17.4. Дублирование линий интегрирования После того, как Вы задали линию интегрирования для типа волны, Вы можете дублировать ее вдоль вектора один или несколько раз. Таким образом, можно назначать дубликаты на дополнительные моды в порте.

1. В диалоговом окне Wave Port, нажмите закладку Modes.

2. Выберите линию типа волны, содержащую линию интегрирования, которую Вы хотите дублировать.

3. Выберите Duplicate Line из списка линий Integration Line.

Диалоговое окно исчезает, когда Вы чертите вектор, чтобы вставить дубликат.

4. Начертите вектор, вдоль которого будет вставлена дублированная линия:

a. Выберите произвольную точку привязки на крае поверхности порта, нажимая точку, либо печатая координаты точки в полях X, Y, и Z.

b. Выберите вторую точку. Она определяет направление и расстояние от точки привязки, чтобы дублировать линию. Появляется окно Duplicate Port Line.

5. Введите общее количество линий, включая оригинал и дубликаты, в поле Number of Duplicates. Если Вы напечатаете значение большее, чем число назначенных типов волн, дополнительные дубликаты будут видны как серые линии интегрирования, пока они не будут описаны как тип волны.

6. По желанию, выберите Assign to existing modes. Дубликаты будут описаны как типы волн, определенные для порта, начиная с этого типа волн за первым, линия которого была дублирована.

7. Кликните OK.

Дубликаты вставляются вдоль вектора, который Вы задали.

5.17.5. Модификация интегральных линий Существующая линия интегрирования изменяется в закладке Modes в Wave Port или диалоговых окнах Lumped Port.

Чтобы изменить координаты начальной и конечной точки линии интегрирования:

• Выберите Swap Endpoints из списка Line Integration.

Направление линии будет реверсировано.

Чтобы копировать ранее заданные точки линии интегрирования:

• Выберите Copy from Moden из списка Line Integration.

Новая интегральная линия будет иметь ту же самую начальную и конечную точки как линия интегрирования выбранного типа волн.

Чтобы удалить заданную интегральную линию для типа волн, выберите None из списка Line Integration.

Нагрузочные линии используются для задания направления источника на гра-ницах портов.

1. В диалогом окне Wave Port или Lumped Port, кликните закладку Terminals.

2. Выберите New Line из списка нагрузочных линий Terminal Line.

Когда вы чертите линию нагрузки, диалоговое окно исчезает.

3. Выберите начальную точку линии либо нажимая кнопку, либо впечатывая координаты точки в X, Y, и Z. Нажмите Enter.

4. Выберите конечную точку линии, используя мышь или клавиатуру.

При определении нагрузочных линий, имейте в виду следующее:

• В общем случае чертится линия одного напряжения или нагрузки от опорной плоскости, или плоскости заземления, к каждому плоскому портовому проводнику.

• Выберите решение для всех существующих ТЕМ-типов волн. Одна нагрузочная линия должна быть создана для каждого типа волн порта.

• При установке нагрузочных линий нужно действовать согласовано.

Например, установка на порте 1 должна обычно быть такой же, как на порте • Встречное включение, или контуры напряжения не позволяются.

• Каждая линия напряжения между клеммами в настоящее время ограничена одним сегментом линии. В некоторых конфигурациях, может потребоваться начертить линию напряжения на клеммах через второй проводник.

Возможно, однако, что Вы не сможете начертить больше чем одну линию напряжения на клеммах, подключая данный опорный проводник и планарный портовой проводник, и невозможно начертить линию напряжения вдоль по идеальному проводнику.

Заметим, что в анализе цепей, полярности для напряжения обозначены символами “ +” и “ - ”. Полярность напряжения на линии напряжения на клеммах устанавливается стрелкой; острие стрелки отмечается “ +”, основание стрелки “ - ”.

После того, как Вы задали линию нагрузки, Вы можете дублировать ее вдоль вектора один или несколько раз. Вы можете также назначать дубликаты на дополнительные нагрузки на порту.

1. В диалоговом окне Wave Port, нажмите закладку Terminals (рис. 5.39).

2. Выберите порт, содержащий линию нагрузки, которую Вы хотите дублировать.

3. Выберите Duplicate Line из списка Terminal Line.

Диалоговое окно исчезает, в то время как Вы чертите вектор, чтобы вставить дубликат.

Рис. 5. 39. Команда дублирования импедансных линий 4. Начертите вектор, по которому будет вставлен дубликат:

a. Выберите произвольную точку привязки на краю поверхности порта либо нажимая точку, либо печатая координаты точки в полях X, Y, и Z.

b. Выберите вторую точку, используя мышь или клавиатуру.

Эта точка определяет направление и расстояние от точки привязки, чтобы дублировать линию. Появляется диалоговое окно Duplicate Port Line.

5. Напечатайте число копий в поле Number of Duplicates.

Если Вы напечатаете значение большее, чем число назначенных нагрузок, дополнительные дубликаты будут появляться как серые линии нагрузок.

6. По желанию выберите Assign to existing terminals. Дубликаты будут автоматически назначены на точки, определенные для порта, начинающегося с первого зажима, который еще не имеет определенную линию нагрузки.

Очистите эту опцию, если Вы хотите вручную назначить дубликаты.

7. Щелкните OK. Дубликаты вставляются вдоль вектора, который Вы задали.

Чтобы поменять местами начальную и конечную точки нагрузочной линии выберите Swap Endpoints из списка Terminal Line. Направление строки будет реверсировано.

Чтобы удалить заданную линию нагрузки выберите None из списка Terminal Line.

Дифференциальная пара портов представляет две схемы, одна положительная и одна отрицательная, направленные близко друг к другу, так что они восприни-мают почти одинаковое количество шумовой мощности.

Два сигнала вычитаются друг от друга, создавая намного более бесшумный сигнал.

Вы можете сравнивать отражение по шуму дифференциальной пары и отра-жение по шуму, даваемому обычным “несимметричным каскадом” и изменить Zo дифференциальной пары так, чтобы найти лучшее значение опорного импеданса.

Вы можете задать последовательные дифференциальные пары из линий напряжения на клеммах, определенных на существующих портах (рис. 5.41).

Чтобы активизировать эту команду, нужно задать две нагрузочные линии на одном порту.

Замечание. Поскольку линии интегрирования могут определять фазу сигнала возбуждения и бегущей волны, они игнорируются HFSS, когда требуется решение на одном порту.

Чтобы вычислять дифференциальные и общие напряжения vd и vс оконечных клемм на общем порту, в отличие от напряжения несимметричного каскада v1 и v2, задайте дифференциальную пару в диалоговом окне Wave Port (рис. 5.40).

Рис. 5.40. Закладка Differential Pairs в диалоге волноводного порта Дифференциальные и общие напряжения vd и vC определяются как Используя закон сохранения мощности, соответствующие дифференциальные и общие токи, создаваемые напряжениями id и iC соответственно, равны Уравнения (5.14) и (5.15) могут быть компактно представлены в виде где -Q - это реальная, несингулярная матрица, определенная как Q T - инверсная, транспонированная матрице Q, определенная как Используя уравнения (5.35), мы можем легко переходить от балансного к одиночному несимметричному выводу.

Рис. 5.41. Питание микрополосковой антенны с помощью дифференциальных балансных портов, расположенными на расстоянии L/ Дифференциальные порты применяются при моделировании микрополосковых и планарных вибраторных антенн, когда необходимо применить сложную структуру согласования комплексного импеданса антенны и комплексного импеданса нагрузки.

Дифференциальные импедансные матрицы и матрицы проводимости Нагрузочные матрицы проводимости (Y) и импедансные (Z) матрицы, обсужденные ранее, связывают напряжения и токи несимметричного каскада.

Если Вы задали дифференциальные напряжения и токи e и u, можно использовать уравнения (5.31, 5.32), чтобы получить новые Y и Z матрицы, которые связывают дифференциальные величины.

Например, если i= Yv, тогда подстановка уравнения (5.35), дает в результате Решение для выходного значения u и матрица Y ', связывающая дифференциальные величины e и u, определяется как Аналогичная процедура применяется к импедансной матрице Z.

Ясно, что S-матрица может быть рассчитана для дифференциальных сигналов, потому что можно вычислить импедансную матрицу и матрицу проводимости для дифференциальных сигналов. Дифференциальная Sматрица может предполагаться как связь входящих и исходящих волн на мнимых линиях передачи, приложенных к дифференциальным портам.

Волновое сопротивление должно быть задано для этих линий.

В случае несимметричного каскада, характеристический импеданс для пары линий передачи может быть записан в форме матрицы, связывающей напряжения и токи на двух (несвязанных) линиях, где zref и z ref - опорные импедансы. В дифференциальном случае, матричное уравнение, связывающее дифференциальные и общие токи и напряжения записывается как В этом случае, z ref и z ref обозначают заданные дифференциальные и общие опорные импедансы, соответственно.

Дифференциальная пара представляет две схемы, одну положительную и одну отрицательную, расположенных близко друг к другу. Чтобы установить два дифференциальных порта (рис. 5.42):

1. В диалоговом окне Wave Port или Lumped Port, нажмите закладку Differential Pairs.

2. Нажмите New Pair.

3. Выберите положительную клемму пары из опускающегося списка.

4. Выберите отрицательную клемму пары из опускающегося списка.

5. В разделе Differential Mode, напечатайте имя для дифференциального режима в поле Name, а также задайте реальное рассчитанное опорное полное сопротивление для дифференциального режима в поле Ref. Z.

6. В разделе Common Mode, введите следующие данные:

a. Напечатайте имя для синфазного сигнала в текстовом поле Name.

b. Внесите реальную величину опорного импеданса для синфазного сигнала в текстовое поле Ref. Z.

Рис. 5.42. Установка параметров дифференциальных портов После того, как HFSS выполнил решение, имеется возможность вывести об-щие и дифференциальные величины S-матрицы дифференциальной пары в закладке Matrix окна Solution Data.

Падающая (планарная) волна – это волна, которая распространяется в одном направлении и однородна в перпендикулярном направлении к его направлению распространения. Для задания такого возбуждения:

1. Нажмите HFSS>Excitations>Assign>Incident Wave.

Появляется мастер падающей волны Incident Wave (рис. 5.43).

2. Напечатайте имя источника в текстовом поле Name, или примите имя по умолчанию.

3. Выберите вектор распространения волны k, и вектор поляризации E-поля, E0, используя декартовые Cartesian или сферические Spherical координаты, и затем нажмите Next.

Рис. 5. 43. Задание параметров падающей волны в декартовой системе 4. Если Вы выбрали Cartesian, сделайте следующее:

a. Введите x-, y-, и z-компоненты для вектора k в полях X, Y, и Z (рис. 5.43).

b. Введите координаты E0 Vector в поля X, Y, и Z. Будет задана одна падающая волна.

5. Если Вы выбрали Spherical, сделайте следующее (рис. 5.44):

a. В разделе Phi, введите Start, Stop, Points (число точек изменения фазы).

Нажмите View, чтобы видеть значения.

b. Под Theta, введите значения для Start, Stop, и Num Points.

c. Введите компоненты и E0 в полях Phi и Theta.

Рис. 5. 44. Задание координат падающей волны в сферической системе Сферическая сетка создана, когда и изменяется через каждую точку.

В каждой точке сетки, падающая волна присутствует при движении от начала координат. Число точек сетки, в которых присутствует падающая волна, может быть рассчитано, умножая число точек на величину Num Point.

6. Щелкните Finish.

Заметим, что Вы можно задать в качестве переменных следующие параметры:

• k вектор в декартовой системе или E векторных компонентов.

• компоненты начальной точки phi и Theta сферической системы координат.

• компоненты phi и компоненты Theta сферического E.

При вводе вектора распространения k, и вектора поляризации E-поля, E0, используя декартовые координаты, рекомендуется:

• задать падающую волну, перемещающуюся в положительном z направлении, вводом (0, 0, 1) как координаты k vector.

• не принимать величину E0 нулевой.

• вектор k должен быть ортогональным к E0; однако, когда k и E0 введены в сферические координаты, они автоматически задаются как ортогональные.

• Задавать единственную падающую волну.

При вводе волнового вектора и вектора поляризации E-поля, используя сферические координаты, выполняйте следующие рекомендации:

• число точек Points не должно быть равно числу приращений. Например, чтобы разделить угол от 0° к 180° с шагом 10°, вводится 19 точек для приращений.

• число определенных падающих волн будет равно числу точек, умноженных на число шагов.

Источник напряжения задается, когда Вы хотите задать напряжение и направ-ление электрического поля на поверхности. Источник напряжения используется, когда структура источника, например микросхема, очень маленькая сравнена с длиной волны, и электрическое поле поперек точек питания может считать постоянным. В этом случае, HFSS назначает постоянное электрическое поле поперек промежутка, в котором задается напряжение.

1. Выберите поверхность, на которую нужно установить источник напряжения.

2. Нажмите HFSS>Excitations>Assign>Voltage. Появляется окно Voltage Source (рис. 5.45).

3. Напечатайте имя источника в поле Name, или примите имя по умолчанию.

4. Напечатайте величину источника, в вольт или амперах, в поле Magnitude.

Эту величину можно задать как переменную.

Рис. 5.45. Задание интегральной линии дискретного источника 5. Задайте направление электрического поля, чертя вектор. Для этого выберите New Line из опускающегося списка E-Field Direction. Диалоговое окно Voltage Source исчезает, в то время как Вы чертите вектор. Выберите начальную точку линии, нажимая точку, или печатая координаты точки в полях X, Y, и Z. Выберите конечную точку линии, используя мышь или клавиатуру. Конечная точка определяет направление и длину линии.

6. Щелкните OK.

Когда источник выбран, стрелка указывает направление, и символ (v или i) указывает тип источника (рис. 5.46).

Рис. 5.46. Установка дискретного источника напряжения Чтобы изменить имя, значение, или направление электрического поля назначенного источника напряжения:

1. Дважды щелкните значок источника в разделе Excitations в дереве проекта. Появляется окно Voltage Source.

2. Измените имя или значение источника.

3. Чтобы изменить направление E-поля выберите команду Swap Endpoints из опускающегося списка E-Field Direction. Начальная и конечные точки Eполя инвертируются; направление линии меняется.

Источник тока создается, когда нужно задать направление и величину электрического тока через поверхность. Источник тока используется, когда структура питания очень маленькая по сравнению с длиной волны, и предполагается, что ток на поверхности в точках питания постоянный (рис.

5.47).

1. Выберите поверхность объекта, на котором Вы хотите установить источник тока.

2. Нажмите HFSS>Excitations>Assign>Current. Появляется диалоговое окно Current Source.

Рис. 5. 47. Дипольная антенна, между проводниками которой 3. Напечатайте имя источника в текстовом поле Name.

4. Напечатайте значение источника, в вольтах или амперах, в поле Magnitude. В качестве этого значения можно назначить переменную.

5. Задайте направление электрического тока, чертя вектор:

a. Выберите New Line из списка Current Flow Direction.

Диалоговое окно Current Source исчезает, когда Вы чертите вектор.

b. Выберите начальную точку линии, либо нажав точку, либо печатая координаты точки в полях X, Y, и Z.

c. Выберите конечную точку линии, используя мышь или клавиатуру.

Конечная точка определяет направление и длину линии.

6. Щелкните OK.

Когда источник выбран, стрелка указывает направление, а символ (v или i) указывает тип источника.

5.22. Задание источников магнитного смещения Когда в проект входит ферритовый материал, необходимо задать статическое магнитное внутреннее поле, которое смещает феррит, т.е.

назначить источник подмагничивания. Поле смещения смещает магнитные диполи в феррите, производя ненулевой магнитный момент (см. главу 4).

1. Выберите трехмерный ферритовый объект, на который Вы хотите назначить источник подмагничивания.

2. Нажмите HFSS>Excitations>Assign>Magnetic Bias. Появляется мастер подмагничивания.

3. Напечатайте имя источника в текстовом поле Name.

4. Установите приложенное поле смещения однородным Uniform или неоднородным Non-uniform, и затем нажмите Next.

5. Если Вы выбрали Uniform, сделайте следующее:

a. Напечатайте величину смещения феррита Internal Bias в ампер / метр. Это значение можно сделать переменной.

b. Введите тензор вращения проницаемости относительно xyz-системы координат в поля X Angle, Y Angle, и Z Angle. В качестве этого значения можно тоже задать переменную.

Если Вы выбрали Non-uniform, сделайте следующее:

• Напечатайте название Maxwell 3D Field Simulator в поле Project, или нажмите Browse и выберите проект. HFSS использует проект как источник неоднородного магнитостатического поля во время решения.

6. Щелкните Finish. Источник подмагничивания назначен на выбранный объект.

Чтобы изменить свойства возбуждения, сделайте одно из следующего:

• Дважды щелкните значок возбуждения при Excitations в дереве проекта.

Появляется диалоговое окно возбуждения, в котором Вы можете изменять его свойства (рис. 5.48).

• Щелкните правой кнопкой мыши возбуждение в дереве проекта, и затем нажмите Properties на подручное меню. Появляется диалоговое окно возбуждения, в котором Вы можете изменять его свойства.

• В меню HFSS, нажмите List. Появляется диалоговое окно Design List. В закладке Excitations, Вы можете изменять свойства одних или большее количество границ.

Рис. 5. 48. Закладка источников в свойствах анализируемой модели Чтобы удалить источник возбуждения:

1. Выберите источник, который Вы хотите удалить, щелкая его значок в дереве проекта.

2. В меню Edit нажмите Delete.

Чтобы удалить все возбуждения:

• В меню HFSS укажите на Excitations, и затем нажмите Delete All.

Вы можете также удалить один или большее количество источников возбуждений в диалоговом окне Design List:

1. В меню HFSS, нажмите List. Появляется диалоговое окно Design List.

2. В закладке Excitations, нажмите линию возбуждения, которое Вы хотите удалить.

3. Щелкните Delete.

Можно переназначать возбуждение к другой поверхности. Это полезно, когда Вы изменили объекты с назначенными возбуждениями, нарушая источник возбуждения. Например, если Вы объединяете два объекта с назначенными возбуждениями, возбуждение второго объекта станет недопустимым, потому что объединенные объекты поддерживают характеристики первого выбранного объекта. В этом случае, нужно либо переназначить возбуждение или удалить его.

1. Выберите объект, или поверхность объекта, на которое Вы хотите назначить существующее возбуждение.

2. Нажмите HFSS>Excitations>Reassign. Появляется окно Reassign Excitation.

3. Выберите существующее возбуждение из списка, и затем нажмите OK.

Возбуждение переназначено к объекту или поверхности объекта.

Если одна или большее количество плоскостей симметрии были заданы и при этом моделируется только часть структуры, Вы должны скорректировать множитель импедансов, чтобы получить импедансы для всей структуры.

1. Нажмите HFSS>Excitations>Edit Impedance Mult. Появляется диалоговое окно Port Impedance Multiplier (рис. 5.49).

Рис. 5.49. Назначение коэффициента импеданса 2. Напечатайте значение в поле Impedance Multiplier.

Это значение можно установить как переменную.

3. Щелкните OK.

5.25. Нормализация и разгерметизация S-матриц Когда Вы устанавливаете волновой порт, то можно повторно нормализовать S-матрицу к конкретному импедансу порта (это заключительный шаг в ассистенте Wave Port.). Или Вы можете возвратиться в диалоговое окно Wave Port, дважды нажимая значок Wave port в дереве проекта, и затем щелкните закладку Post Processing.

Чтобы повторно нормализовать S-матрицу к конкретному импедансу порта:

1. Если Вы уже установили волновой порт на выбранной поверхности объекта, дважды щелкните значок волнового порта в дереве проекта.

Появляется диалоговое окно Wave Port.

2. Нажмите закладку Post Processing.

3. По умолчанию полное сопротивление для перенормировки каждого порта 50 ом. Выберите Renorm, и затем напечатайте новое полное сопротивление в поле Value.

4. Нажмите OK, чтобы перенормировать порт к новому импедансу. Заметим, что для получения параметров с учетом перенормализации порта, не нужно повторно запускать моделирование.

Когда вы устанавливаете порт, но можете сразу задать параметры разгерме-тизации его, т.е. исключения влияния неоднородности структуры на результаты решения. (Это заключительный шаг асситента Wave Port.). Иили эту операцию можно выполнить позднее, и возвратиться к диалоговому окну Wave Port, дважды нажимая иконку порта в дереве проекта, и затем открывая закладку Post Processing.

Чтобы разгерметизировать S-матрицу:

1. Если Вы уже установили волновой порт на поверхности объекта, дважды щелкните значок волнового порта в дереве проекта. Появляется диалоговое окно Wave Port.

2. Нажмите закладку Post Processing.

3. Выберите Deembed, и затем введите длину линии передачи, которая будет добавлена в текстовом поле Distance. Положительное значение разгерметизации порта направлено в порт. Отрицательное значение разгерметизации направлено из порта. Это значение можно назначить как переменную.