HFSS，SIwave，与实测的比较

nelsonys

仿真电路板，一般用siwave便能高效率地取得高精度的结果（个人认为，与实测结果相比10GHz一下能维持在10dB以内）。
当然，前提是必须在材质方面做些许微调，还有手动设定仿真频率上限为至少10GHz以上（否则在没有过孔的传输线上的高Q特性，在特定谐振上的谷就无法重现）。

8 R9 J: G5 N, l0 g. n- a; @: elz尝试用HFSS来模拟仿真相同的电路板，发觉即便把Radiation边界条件设大过于λ/4，没有过孔的传输线HFSS所仿真出来的结果，呈现缓和的波动，完全无法重现应有的高Q值。
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而有过孔的传输线上，在谐振会有很大的损耗。而且，谐振以外的S21，实测结果和SIwave结果都呈现平坦的特性，HFSS结果却呈现犹如反射所造成的波动。

1 ?8 A* o+ L4 [) y: A) L8 b为了在HFSS上重现如SIwave的仿真结果，我还尽量在Meshing上模仿SIwave在20GHz的Meshing。
! `" k) v7 g5 |$ Q, _# s' o8 iMesh Operations: Length Based, 1mm
Adaptive Solutions, number of passes:避免过多的mesh ，强制为2
' ~+ C+ l7 q% C4 K% f  ~! J' _Max Delta S:任意，0.2

该如何调试HFSS才能得到接近实测结果呢？？

6 J+ ]; s  }/ M( A+ H8 b小弟不才，不能理解当中的道理，还望有识之士能不吝赐教！ SIM_files.zip (689.04 KB, 下载次数: 24)

2015-11-26 08:40 上传

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; V1 g. _# D9 e& X* }8 G+ d
$ j" }; f# d; d. k3 U: N& `

nelsonys

非常感谢cousins的指导！请原谅小弟才疏学浅，望能不厌其烦地给予指点。也希望能籍着cousins对电磁场的专业知识，造福一下如小辈一般的电磁场仿真的入门者，进而把此贴顶为入门必知！

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我们都知道TEM的磁场在近场是电磁能量的主要体现就，近远场区分其高次谐波找到其电场旋度归零和磁场散度归零的位置。若你airbox太大，原本在这个位置该归零电场旋度和磁场散度的没有归零，你想象下，是不是就引入了不符合真实场景的反射了。

7 S8 |& X2 Y# g# x7 h/ ]1 G' i1 P: I电场由正负电荷所产生，电场旋度是怎么一回事呢？不是本来就没有旋度么？还望指点。

' r/ E$ O# s$ n# c. C4 c2 T& g( ~/ Z为了确保没有引入不必要的反射，一般做法是确保边界大于波长/4，可是太大的话不符合现实，导致一些电磁场的现象无法收敛，那么请问cousins有没有一个大概的计算方式或判断方式来决定边界的大小呢？

1 [. `% L; J* }9 O& T- `6 w$ f有一些网友的提议是，慢慢放大边界直至结果收敛为止，似乎不太实际，尤其模型特别大的情况，您觉得如何呢？
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cousins

tanghao113 发表于 2015-12-2 14:31
为何airbox画大了还会有反射呢？不是很理解。按我原来的理解是电磁波在空气中扩散开，然后接触到radiatio ...

我们用一个简单的模型来理解。
比如，一个最简单的电容结构，介质两端的导体作为正极与负极，如果原本加在两级的电势差不变，但是两个电极距离变化了，是不是在电极之间的电势，场强都会变化。这个airbox放置的ABC边间就和两极导体一样，你要模拟真实的情况，两极距离太近或太远都不符合真实的反射。电磁场传播的距离为什么要有近远场之分，我们都知道TEM的磁场在近场是电磁能量的主要体现就，近远场区分其高次谐波找到其电场旋度归零和磁场散度归零的位置。若你airbox太大，原本在这个位置该归零电场旋度和磁场散度的没有归零，你想象下，是不是就引入了不符合真实场景的反射了。

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tanghao113

cousins 发表于 2015-11-27 10:22
/ }4 v. ]) i2 \siwave的port类似于lumped port，2.5D边界条件是纯粹的TEM的边界，不需你去设置。
HFss不是只可以做PCB的 ...

至于理论，看看近远场的区分就知道了，不存在的反射就是来自于错误设置的近场，如果你把airbox画的太大，软件判定远场位置较远，那么错误设置的近场就会变大引入反射。这也是画电小天线和电大天线airbox大小不一致的原因。

为何airbox画大了还会有反射呢？不是很理解。按我原来的理解是电磁波在空气中扩散开，然后接触到radiation边界被吸收掉，是一个基本不存在反射的过程。
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cousins

用FEBI边界。谁用谁知道
, q: Z. b: _( n. S# Q8 M% @3 a! V% W另外lambda/4这个距离不是适用于所有结构的传输线。
PCB来讲，不要超过10倍介质厚度为好。一个简单的判断标准，看端口处的E vector，在某位置处矢量箭头小于正馈处的1/20了，radiation的边界就放于那个位置。

nelsonys

谢谢指导。

9 }3 [8 _7 R" z* [3 c. A实在抱歉，学识浅薄无法理解您的指导。能否修正一下HFSS档案再上传过来参考参考？
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不要超过10倍介质厚度为好, 能否解释一下是基于什么理论而言的呢？是否因为PCB本身不是如天线般放射性强的物体，超过10倍的介质厚度会产生什么样的问题？
+ d5 K# E/ a) @( X3 j- x
5 k. [* u6 y: I; M- r2 {怎么样看端口出的电场矢量？
( [  [5 a, Q' ?0 u0 b6 t在某位置处矢量箭头小于正馈处的1/20了，radiation的边界就放于那个位置，是基于什么理论呢？

, z) d1 Y& x+ O- ~1 u6 {非常抱歉，还望指点一二。

cousins

TEM波横截面上的电场能量到10倍介质厚度的位置加radiation就已经可以模拟成无穷远了。如果你继续加大airbox会引入不存在的高次谐波反射。你可以理解成不如电大尺寸天线那么强的辐射。
7 ~' v: h- U- l8 k
看电场矢量就是看filed结果里的E vector。
为什么是1/20，这个矢量大小所在的位置的能量已经趋近于无穷远处的能量了，现实中不存在的反射都基本已经被消除了。你模拟出的结果是接近现实的。

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nelsonys

感谢指导！
/ B5 v# {4 {: e/ E( h" ?
1 O8 C. b, M8 _: [) P$ [SIwave是否有消除不存在的反射的功能呢？
6 W" y8 A! V$ A5 u6 _HFSS里，不管是边界条件，Port设定全都归咎于使用者的责任自行调试，非常困难！
比方说如cousins大神所讲的加大airbox会引入不存在的高次谐波反射这一点，该读一些什么样的参考资料才能得到如此有用的资讯呢？？

cousins

siwave的port类似于lumped port，2.5D边界条件是纯粹的TEM的边界，不需你去设置。
" I  `1 z  N( w, z" j/ x5 Z. bHFss不是只可以做PCB的，所以设置边界更为灵活，不局限于TEM形式的激励，自然要依照使用者的需求来设置。
" }2 u: o4 Z% o8 I2 V% Z  m至于理论，看看近远场的区分就知道了，不存在的反射就是来自于错误设置的近场，如果你把airbox画的太大，软件判定远场位置较远，那么错误设置的近场就会变大引入反射。这也是画电小天线和电大天线airbox大小不一致的原因。
BTW，带状线不需要考虑近远场，因为有上下导体做真实存在的电边界。
" d) X% B$ o; V5 O/ e
9 S+ ^1 u0 [2 P8 a( w, F, s

nelsonys

我感觉即便我如何设置lumped port也无法取得如SIwave的结果。
我猜是如同cousins大神所说的那样，无法激励TEM。很可能是microstrip上有空气，有绿油介质等等不均匀的介质的情况下，引入其他模式或者反射。所模拟出来的结果既是一个smooth的波形。

您觉得如何？

cousins

边界条件本来就是maxwell的补充，定义散度和旋度确定性的单位矢量和标量条件。你说收敛的方法其实本质上就是在边界位置处使对应的电磁叉和点积归于0.

xingnuolgsx

学习一下

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