HFSS仿真PCB微带WavePort如何设置？

2016-10-11  by:CAE仿真在线  来源:互联网

Wave Port是HFSS中典型的外部端口,这里所说的外部是指只有一侧有场分布,一般都在边界和背景的交界处。外部端口需要通过传输线的方式才能将激励信号加入到结构中,而外部端口通常会定义成传输线的截面。Wave Port截面就是HFSS求解结构参数时的参考面,它对于S参数的相位计算非常重要。HFSS在端口截面处求解传输线的特性,得到端口的特性阻抗和传播常数,用于计算S参数。

1传输线原型:

传输线线宽W=6mil,线间距S=3W=18mil,线长2000mil,层叠结构是铜厚1.4mil,传输线距离下方的GND平面58mil,介质的介电常数是4.25,如下图:

由上图有Polar计算得到的传输线的特性阻抗是138.27ohm。

2airbox背景作为WavePort端口

将Wave Port创建在Boundary face of free space上,且让Wave Port平面紧贴传输线,如下图所示:

上图可以看到,HFSS计算得到的传输线的阻抗大约是136.7~138.5ohm,这个结果与原型中的Polar的特性阻抗计算值是完全吻合的。

3以PCB侧边YZ平面作为WavePort端口

将Wave Port创建在PCB的侧边YZ平面上,且让Wave Port平面紧贴free space,如下图所示:

上图可以看到,仿真出来的特性阻抗随着频率有比较大的变化,这是因为Wave Port没有考虑传输线上方空间的电磁场效应导致的,因此这个结果是错误的。

Wave Port端口不紧贴free space:

将Wave Port创建在PCB的侧边YZ平面上,但是让Wave Port平面不紧贴free space,如下图所示:

上图可以看到,HFSS无法继续仿真,因为不但没有考虑传输线上方空间的电磁场效应,而且在free space boundary与PCB侧边上的Wave Port之间的空间上没有电磁场的information。

4新增WavePort端口平面不紧贴free space

在PCB的侧边YZ平面上,另建一个“矩形平面”,该平面紧贴传输线但不贴free sapce boundary,在这个新的平面上设置Wave Port,如下图:

上图可以看到HFSS仿真得到的传输线的特征阻抗是223.9ohm左右,与Polar的计算结果偏差很大,这个结果时错误的。

5新增WavePort端口大平面且紧贴free space

在PCB的侧边YZ平面上,另建一个“矩形平面”,该平面紧贴传输线且紧贴free sapce boundary,平面下部超出PCB下边沿,在这个新的平面上设置Wave Port,如下图:

上图看到,HFSS计算得到的传输线的阻抗大约是136.7~138.5ohm,这个结果与原型中的Polar的特性阻抗计算值是完全吻合的。

6新增WavePort端口小平面且紧贴free space:

在PCB的侧边YZ平面上,另建一个“矩形平面”,该平面紧贴传输线且紧贴free sapce boundary,但是这个平面的下方与PCB板下边沿平齐,在这个新的平面上设置Wave Port,如下图:

上图看到,HFSS计算得到的传输线的阻抗大约是131.8~133ohm,这个结果与原型中的Polar的特性阻抗计算值基本吻合,但是偏小。

7结 论

由上面的几种仿真结果对比我们可以归纳出Wave Port的两点结论:

WavePort必须设置在外部端口上,即一定要贴着free space boundary;

WavePort平面的大小对仿真结果精度有较大影响。

通常HFSS的Wave Port平面的规则如下:

双微带线的Wave Port平面尺寸规则

双微带线的Wave Port平面尺寸规则

双带状线的Wave Port平面尺寸规则

单带状线的Wave Port平面尺寸规则

以上是一些常用的Wave Port使用规则,其实在实际的应用中Wave Port也可以用作内部端口,但是此时需要做特殊处理。

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