HFSS端口Wave Port和Lumped Port的介紹

Wave Port是HFSS中典型的外部端口，這里所說(shuō)的外部是指只有一側(cè)有場(chǎng)分布，一般都在邊界和背景的交界處。外部端口需要通過(guò)傳輸線的方式才能將激勵(lì)信號(hào)加入到結(jié)構(gòu)中，而外部端口通常會(huì)定義成傳輸線的截面。Wave Port截面就是HFSS求解結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)的參考面，它對(duì)于S參數(shù)的相位計(jì)算非常重要。HFSS在端口截面處求解傳輸線的特性，得到端口的特性阻抗和傳播常數(shù)，用于計(jì)算S參數(shù)。

1.傳輸線原型：

傳輸線線寬W=6mil，線間距S=3W=18mil，線長(zhǎng)2000mil，層疊結(jié)構(gòu)是銅厚1.4mil，傳輸線距離下方的GND平面58mil，介質(zhì)的介電常數(shù)是4.25，如下圖：

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由上圖有Polar計(jì)算得到的傳輸線的特性阻抗是138.27ohm。

2.airbox背景作為Wave Port端口：

將Wave Port創(chuàng)建在Boundary face of free space上，且讓W(xué)ave Port平面緊貼傳輸線，如下圖所示:

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

3.以PCB側(cè)邊YZ平面作為Wave Port端口：

將Wave Port創(chuàng)建在PCB的側(cè)邊YZ平面上，且讓W(xué)ave Port平面緊貼free space，如下圖所示:

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上圖可以看到，仿真出來(lái)的特性阻抗隨著頻率有比較大的變化，這是因?yàn)閃ave Port沒(méi)有考慮傳輸線上方空間的電磁場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)致的，因此這個(gè)結(jié)果是錯(cuò)誤的。

4.Wave Port端口不緊貼free space：

將Wave Port創(chuàng)建在PCB的側(cè)邊YZ平面上，但是讓W(xué)ave Port平面不緊貼free space，如下圖所示:

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上圖可以看到，HFSS無(wú)法繼續(xù)仿真，因?yàn)椴坏珱](méi)有考慮傳輸線上方空間的電磁場(chǎng)效應(yīng)，而且在free space boundary與PCB側(cè)邊上的Wave Port之間的空間上沒(méi)有電磁場(chǎng)的information。

5.新增Wave Port端口平面不緊貼free space：

在PCB的側(cè)邊YZ平面上，另建一個(gè)“矩形平面”，該平面緊貼傳輸線但不貼free sapce boundary，在這個(gè)新的平面上設(shè)置Wave Port，如下圖：

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上圖可以看到HFSS仿真得到的傳輸線的特征阻抗是223.9ohm左右，與Polar的計(jì)算結(jié)果偏差很大，這個(gè)結(jié)果時(shí)錯(cuò)誤的。

6.新增Wave Port端口大平面且緊貼free space：

在PCB的側(cè)邊YZ平面上，另建一個(gè)“矩形平面”，該平面緊貼傳輸線且緊貼free sapce boundary，平面下部超出PCB下邊沿，在這個(gè)新的平面上設(shè)置Wave Port，如下圖：

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