HFSS三种辐射边界的区别与选择技巧
HFSS使用心得及边界、端口详解
HFS S使用心得1、简介目前，国际上主流的三维高频电磁场仿真软件有德国C S T公司的M i c r oW av e S t u d i o（微波工作室）、美国A n s of t公司的HFS S（高频电磁场仿真），而诸如Ze l a n d等软件则最多只能算作 2.5维的。
就目前发行的版本而言，C S T的M W S的前后处理界面及操作感比HFS S好很多，然而A n s of t也意识到了自己的缺点，在将要推出的新版本HFS S（定名为A n s o ftDe s i g n e r）中，界面及操作都得到了极大的改善，完全可以和C S T相比；在性能方面，2个软件各有所长，在业界每隔一定时间就会有一次软件比赛，看看谁的软件算的快，算的准，在过去的时间里，C ST和A N S OFT成绩相差不多；价格方面，2个软件相差不多，大约在7～8万美元的水平，且都有出国培训的安排。
值得注意的是，M W S采用的理论基础是FIT，所以M WS的计算是由时域得到频域解，对于象滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFS S采用的理论基础是有限元方法，是一种积分方法，其解是频域的，所以HFS S是由频域到时域，对于设计各种辐射器及求本征模问题很擅长。
当然，并不是说2个软件在对方的领域就一无是处。
由于A n s o f t进入中国市场较早，所以目前国内的HFS S使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。
2、使用心得和大部分的大型数值分析软件相似，以有限元方法为基础的A n s of t HFS S并非是傻瓜软件，对于绝大部分的问题来说，想要得到快速而准确的结果，必须人工作一定的干预。
除了必须十分明了模型细节外，建模者本身也最好具备一定的电磁理论基础。
作者假定阅读者使用过HFS S，因此对一些属于基本操作方面的内容并不提及。
2.1、对称的使用对于一个具体的高频电磁场仿真问题，首先应该看看它是否可以采用对称面。
HFSS的边界条件
HFSS的边界条件边界条件的概念边界条件的类型：1.理想导体边界：Perfect E2.理想磁边界/自然边界：Perfect H/Natural3.有限导体边界：Finite Conductivity设置有限导体边界的参数有两种方式：1.手动设置2.选择材料4.辐射边界/吸收边界条件：Radiation/Absorbing Boundary Condition5.对称边界：Symmetry阻抗乘法器6.阻抗边界：Impedance7.集总RLC边界：Lumped RLC8.分层阻抗边界条件：Lumped RLC9.无限地平面：Infinite Ground Plane10.主从边界/关联边界条件：Master and Slave/LinkedBoundary Condition（LBC）1.设置主边界条件其中U Vector需要自己设置，指定一点之后，选择方向就可以，V Vector的方向如果不对，可以通过后面那个Reverse Direction来改变。
2.设置从边界条件其中U Vector需要自己设置，指定一点之后，选择方向就可以，V Vector的方向如果不对，可以通过后面那个Reverse Direction来改变。
3.设置主从边界条件相位差/电磁波的传播方向4.设置好的模型11.理想匹配层：PML边界条件的设置步骤：选择相应的平面-之后有三种方法1.HFSS-Boundaries-Assign-从11种边界条件中选择相应的边界条件2.在模型窗口右键-Assign Boundary-从11种边界条件中选择相应的边界条件3.右键工程树下面的Boundaries-Assign-从11种边界条件中选择相应的边界条件给整个物体设置同样的边界条件：选中物体即可注意：如果两个边界条件重叠，则先设置的边界条件会被后设置的边界条件覆盖这个问题可以通过HFSS-Boundaries-Reprioritize来更改，调节上下位置即可。
HFSS 中的三种辐射边界比较
February 1, 2012
February 23, 2009 Release 14.0 Inventory #002593
Radiation Boundary’s Location
• Radiation Boundary separation distance
– – – Example probe-fed circular patch Varied distance between absorbing boundary condition (ABC) and antenna • λ /20, λ /10, λ /8, λ /4, λ /2, 3 λ /4, λ Examined impact on return loss and gain
IE-Regions
ANSYS, Inc.© Proprietary 4-52 2012 ANSYS, Inc. © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
February 1, 2012
February 23, 2009 Release 14.0 Inventory #002593
Fields at outer surface FEM Solution in Volume IE Solution on Outer Surface
• Hybrid solution of FEM and IE • FE-BI Advantages
–
–
ANSYS, Inc.© Proprietary 4-47 2012 ANSYS, Inc. © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
February 1, 2012
February 23, 2009 Release 14.0 Inventory #002593
Ansoft HFSS 边界条件
Ansoft HFSS 的边界条件用Ansoft HFSS求解的波动方程是由微分形式的麦克斯韦方程推导出来的。
在这些场矢量和它们的导数是都单值、有界而且沿空间连续分布的假设下，这些表达式才可以使用。
在边界和场源处，场是不连续的，场的导数变得没有意义。
因此，边界条件确定了跨越不连续边界处场的性质。
作为一个 Ansoft HSS 用户你必须时刻都意识到由边界条件确定场的假设。
由于边界条件对场有制约作用的假设，我们可以确定对仿真哪些边界条件是合适的。
对边界条件的不恰当使用将导致矛盾的结果。
当边界条件被正确使用时，边界条件能够成功地用于简化模型的复杂性。
事实上，Ansoft HSS 能够自动地使用边界条件来简化模型的复杂性。
对于无源RF 器件来说，Ansoft HSS 可以被认为是一个虚拟的原型世界。
与边界为无限空间的真实世界不同，虚拟原型世界被做成有限的。
为了获得这个有限空间， Ansoft HSS使用了背景或包围几何模型的外部边界条件。
模型的复杂性通常直接与求解问题所需的时间和计算机硬件资源直接联系。
在任何可以提高计算机的硬件资源性能的时候，提高计算机资源的性能对计算都是有利的。
§2.2 一般边界条件有三种类型的边界条件。
第一种边界条件的头两个是多数使用者有责任确定的边界或确保它们被正确的定义。
材料边界条件对用户是非常明确的。
1、激励源波端口（外部）集中端口（内部）2、表面近似对称面理想电或磁表面辐射表面背景或外部表面3、材料特性两种介质之间的边界具有有限电导的导体§2.3 背景如何影响结构所谓背景是指几何模型周围没有被任何物体占据的空间。
任何和背景有关联的物体表面将被自动地定义为理想的电边界（Perfect E）并且命名为外部（outer）边界条件。
你可以把你的几何结构想象为外面有一层很薄而且是理想导体的材料。
如果有必要，你可以改变暴露于背景材料的表面性质，使其性质与理想的电边界不同。
HFSS_boundary
第二章：边界条件这一章主要介绍使用边界条件的基本知识。
边界条件能够使你能够控制物体之间平面、表面或交界面处的特性。
边界条件对理解麦克斯韦方程是非常重要的同时也是求解麦克斯韦方程的基础。
§2.1 为什么边界条件很重要用Ansoft HFSS求解的波动方程是由微分形式的麦克斯韦方程推导出来的。
在这些场矢量和它们的导数是都单值、有界而且沿空间连续分布的假设下，这些表达式才可以使用。
在边界和场源处，场是不连续的，场的导数变得没有意义。
因此，边界条件确定了跨越不连续边界处场的性质。
作为一个 Ansoft HSS 用户你必须时刻都意识到由边界条件确定场的假设。
由于边界条件对场有制约作用的假设，我们可以确定对仿真哪些边界条件是合适的。
对边界条件的不恰当使用将导致矛盾的结果。
当边界条件被正确使用时，边界条件能够成功地用于简化模型的复杂性。
事实上，Ansoft HSS 能够自动地使用边界条件来简化模型的复杂性。
对于无源RF 器件来说，Ansoft HSS 可以被认为是一个虚拟的原型世界。
与边界为无限空间的真实世界不同，虚拟原型世界被做成有限的。
为了获得这个有限空间， Ansoft HSS使用了背景或包围几何模型的外部边界条件。
模型的复杂性通常直接与求解问题所需的时间和计算机硬件资源直接联系。
在任何可以提高计算机的硬件资源性能的时候，提高计算机资源的性能对计算都是有利的。
§2.2 一般边界条件有三种类型的边界条件。
第一种边界条件的头两个是多数使用者有责任确定的边界或确保它们被正确的定义。
材料边界条件对用户是非常明确的。
1、激励源波端口（外部）集中端口（内部）2、表面近似对称面理想电或磁表面辐射表面背景或外部表面3、材料特性两种介质之间的边界具有有限电导的导体§2.3 背景如何影响结构所谓背景是指几何模型周围没有被任何物体占据的空间。
任何和背景有关联的物体表面将被自动地定义为理想的电边界（Perfect E）并且命名为外部（outer）边界条件。
hfss理想电导体和辐射边界条件
HFSS 是一种高频电磁场模拟软件，用于设计和分析微波、射频和毫米波器件。
在 HFSS 中，电导体条件和辐射边界条件是模拟电磁场问题时必须考虑的两个重要条件，它们对模拟结果的准确性和可靠性具有重要影响。
下面将分别对 HFSS 中的理想电导体条件和辐射边界条件进行详细介绍。
一、理想电导体条件1. 理想电导体的定义理想电导体是指在电磁场模拟中对导体表面施加的一种特殊边界条件，要求导体表面上垂直于表面的电场强度为零，即导体表面上不存在电场分量。
在 HFSS 中，理想电导体条件是通过设置表面阻抗为无穷大来实现的。
这种边界条件适用于理想导体，可以有效地模拟导体表面的电场性质。
2. HFSS 中的理想电导体条件设置在 HFSS 中，设置理想电导体条件的方法是通过创建边界条件来实现的。
用户可以在模型设计过程中选择导体表面，并对其施加理想电导体条件。
在设置理想电导体条件时，需要注意对应的边界类型选择为 "理想导体"，并设置合适的表面阻抗，通常取为无穷大。
3. 理想电导体条件的应用理想电导体条件在许多微波器件的设计和分析中都得到广泛的应用，例如天线、滤波器、耦合器等。
在这些器件中，导体结构是整个器件中的重要组成部分，其电磁性能对整个器件的性能有着重要的影响。
通过合理地设置理想电导体条件，可以更准确地模拟导体表面的电场分布，从而得到更可靠的模拟结果。
二、辐射边界条件1. 辐射边界条件的定义辐射边界条件是指在电磁场模拟中对自由空间与结构界面的一种特殊边界条件，要求辐射场在边界上满足Maxwell方程组中的辐射边界条件。
在 HFSS 中，辐射边界条件是通过设置边界类型为 "辐射" 来实现的。
通过设置合适的辐射边界条件，可以很好地模拟自由空间与结构界面的电磁场相互作用。
2. HFSS 中的辐射边界条件设置在 HFSS 中，设置辐射边界条件的方法是通过选择结构边界并对其施加辐射边界条件来实现的。
hfss辐射边界条件
hfss辐射边界条件
在HFSS中，辐射边界条件用于模拟无限大空间中的电磁波的
传播。
常用的辐射边界条件有：
1. 辐射边界条件(Radiation)：将边界处的反射能量转化为辐射
能量，并将边界以外的场视作无限大空间中的自由空间。
适用于模拟已存在的天线或结构辐射到空间中的场景。
2. 辐射模型(Radiation Boundary)：将边界处的反射能量转化为
辐射能量，并将边界以外的场视作近场或远场。
3. Mur边界(Radiation Boundary (Mur))：将边界处的辐射能量
吸收，不引入反射。
适用于较大尺寸的模型，可以减少计算量。
4. 结构辐射(Structure Radiation)：用于模拟整个电磁模型的辐
射行为，而不局限于边界处。
选择合适的辐射边界条件取决于模拟的具体情况和需求。
一般来说，辐射边界条件可以用于模拟天线辐射、电磁波传播等场景。
使用HFSS时，可以根据模型的特点和需求选择适当的辐
射边界条件进行设置。
hfss本征模仿真边界条件
HFSS本征模仿真边界条件
在HFSS（High Frequency Structure Simulator）中，本征模式求解器（Eigenmode Solver）主要用于求解谐振频率和Q值。
在使用本征模式求解器时，有一些特殊的边界条件需要注意：
1.对于本征模式求解，不能添加端口和磁偏置，也不能定义辐射边
界条件。
这是因为本征模式求解器直接得出的是无载Q值，如果要得到有载Q值，则需要建立耦合结构，并在负载端加PML或阻抗边界。
2.在计算天线等辐射问题时，辐射边界（Radiation Boundary）应
在主辐射方向离开辐射体的距离，在非主辐射方向离开辐射体的距离，其形状可以与天线的形状共形，以便减少求解空间。
例如，角锥喇叭的辐射区域可在建模时也作成角锥的形状。
HFSS 边界条件解释
集总RLC（Lumped RLC）边界——一组并联的电阻、电感和电容组成的表面。这种仿真类似于阻抗边界，只是软件利用用户提供的R、L和C值计算出以ohms/square为单位的阻抗值。
无限地平面（Infinite Ground Plane）——通常，地面可以看成是无限的、理想电壁、有限电导率或者是阻抗的边界条件。如果结构中使用了辐射边界，地面的作用是对远区场能量的屏蔽物，防止波穿过地平面传播。
辐射边界（Radiation）——辐射边界也被称为吸收边界。辐射边界使该边界能够模拟开放的表面。即波能够朝着辐射边界的方向辐射出去。系统在辐射边界处吸收电磁波，本质上就可把边界看成是延伸到空间无限远处。辐射边界可以是任意形状并且靠近结构，但一般要距离模型四分之一波长，对包含辐射边界的结构，计算的S参数包含辐射损耗。当结构中包含辐射边界时，远区场计算作为仿真的一部分被完成。
默认边界条件——Ansoft HFSS建立的是一个虚拟的原型世界。与边界为无限空间的真实世界不同，虚拟原型世界被做成有限的。为了获得这个有限空间，Ansoft HSS使用了背景或包围几何模型的外部边界条件。
所谓背景是指没有被任何模型物体占据的空间。任何和背景有关联的物体表面将被自动地定义为理想的电边界（Perfect E）并且命名为外部（outer）边界条件。可以把几何结构想象为外面有一层很薄而且是理想导体的材料。因此当实际边界不是理想的电边界就必须根据实际情况设置；
PML（Perfectly matched layer）边界——这是个假想的材料能够完全吸收电磁场，这些材料是各向异性的，有两种形式的PML，一种是自由空间终止，它意味着电磁场从这个表明辐射到自由空间的任意方向，这种情况下要比radiation边界更合适，因为PML可以和模型距离很近，减少空间问题，另一中PML是反射自由终止，它类似一个波导，波沿该方向传播到无限；
HFSS边界条件和端口讲解
总的介绍：Ansoft HFSS求解就是对微分形式的麦克斯韦方程采取有限元方法进行数值求解，在场矢量和导数是都单值、有界而且沿空间连续分布的假设下，这些方程才可以使用。
在边界和场源处，场是不连续的，场的导数变得没有意义。
因此，需要边界条件确定跨越不连续边界处场的性质。
边界条件对理解麦克斯韦方程是非常重要的，同时也是求解麦克斯韦方程的基础。
默认边界条件－－Ansoft HFSS建立的是一个虚拟的原型世界。
与边界为无限空间的真实世界不同，虚拟原型世界被做成有限的。
为了获得这个有限空间，Ansoft HSS使用了背景或包围几何模型的外部边界条件。
所谓背景是指没有被任何模型物体占据的空间。
任何和背景有关联的物体表面将被自动地定义为理想的电边界（Perfect E）并且命名为外部（outer）边界条件。
可以把几何结构想象为外面有一层很薄而且是理想导体的材料。
因此当实际边界不是理想的电边界就必须根据实际情况设置；激励（excitation）－－激励边界条件是一种特殊的边界条件，最常用的是wave port，是一种允许能量进入或导出几何结构的边界条件，使用wave port激励条件可以计算端口的S 参数；理想电边界（Perfect E）－－Perfect E是一种理想电导体或简称为理想导体。
这种边界条件的电场（E-Field）垂直于表面。
有两种边界被自动地赋值为理想电边界。
1、任何与背景相关联的物体表面将被自动地定义为理想电边界并且命名为outer的外部边界条件。
2、任何材料被赋值为PEC（理想电导体）的物体的表面被自动的赋值为理想电边界并命为smetal边界。
理想磁边界（Perfect H）－－Perfect H是一种理想的磁边界。
边界面上的电场方向与表面相切。
有限电导率（Finite Conductivity）——有限电导率边界将把物体表面定义有耗（非理想）的导体。
并且可类比为有耗金属材料的定义。
为了模拟有耗表面，应提供以西门子/米（Siemens/meter）为单位的损耗参数以及导磁率参数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
HFSS 三种辐射边界的区别与选择技巧
众所周知，HFSS 里面的吸收边界条件有3 个，分别是RadiaTIon （ABC）、PML 和FE-BI，那幺这三个边界的应用有什幺区别？应该怎幺应用呢？今天小编在这里给大家好好分析一下。
RadiaTIon 边界（ABC）：
计算天线等强辐射问题时，距离辐射体应当至少λ/4;
对于弱辐射问题，仅考虑辐射损耗，不关心远场时，可以小于λ/4;
在定义辐射边界条件的面上积分得到远场辐射方向图（默认），也可以自行定义计算远场时的积分面（建立Facelist）;
辐射边界条件上的网格密度对于天线辐射特性的计算精度有影响;。