微波無源電路仿真技術(shù)(03)

1、電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微波無源電路仿真技術(shù)模型設(shè)置技巧如何建立仿真模型?實(shí)際的微波系統(tǒng)仿真模型包含多種元件和復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu) 硬件設(shè)備能力的限制，如內(nèi)存、硬盤和CPU速率等。 可以接受的計(jì)算時(shí)間。仿真模型不一定與實(shí)際微波系統(tǒng)相同。通常，電磁問題實(shí)際的物理模型都比較復(fù)雜?；谀壳暗挠?jì)算機(jī)硬件和計(jì)算軟件的水平，我們還不可能把實(shí)際的物理模型作為仿真模型進(jìn)行計(jì)算。因此，建立仿真模型首先就要學(xué)會分解、簡化物理模型。在保證一定計(jì)算精度的條件下，使仿真模型盡量簡單。建立仿真模型的主要技巧n學(xué)會分解模型n去掉計(jì)算區(qū)域外對電磁場沒有影響的結(jié)構(gòu)。n去掉計(jì)算區(qū)域內(nèi)一些結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)n避免兩個(gè)結(jié)構(gòu)過于靠近又沒有聯(lián)在一起

2、n平面微帶或帶狀線一般不畫線的厚度n利用幾何結(jié)構(gòu)的對稱性減少計(jì)算量n利用周期邊界使被求解的問題最小化n計(jì)算輻射或散射問題空氣盒應(yīng)盡可能小n端口所連接的直波導(dǎo)段不能太長n模型中盡量使用理想材料n曲線邊界不使用真實(shí)表面可以減少計(jì)算時(shí)間n模型中引入虛擬物體建立仿真模型的技巧之一一個(gè)天線問題的例子-分解模型微波路面加熱器的初始仿真模型微波爐面加熱器的例子-分解模型分解后的仿真模型側(cè)重傳輸問題側(cè)重輻射問題微波爐面加熱器的例子-分解模型建立仿真模型的技巧之二建立仿真模型的技巧之二K01Z0K12K23K34K23K12K01 例如，建立波導(dǎo)的仿真模型只畫出波導(dǎo)中空氣芯，而不需要畫出金屬部分。去掉計(jì)算區(qū)域外

3、對電磁場沒有影響的結(jié)構(gòu)建立仿真模型的技巧之三建立仿真模型的技巧之三q離開端口比較遠(yuǎn)（/8）q物體較?。?20）忽略計(jì)算區(qū)域內(nèi)一些結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)建立仿真模型的技巧之四 在設(shè)計(jì)過程中，為了保證零件的裝配通常都留有裝配公差。建立仿真模型時(shí)，應(yīng)當(dāng)忽略這些裝配公差。否則會出現(xiàn)兩個(gè)結(jié)構(gòu)非?？拷植恢苯咏佑|的情況。計(jì)算時(shí)，軟件在這些區(qū)自動建立精細(xì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。耗用大量的硬件資源。計(jì)算速度慢。避免兩個(gè)結(jié)構(gòu)過于靠近又沒有聯(lián)在一起建立仿真模型的技巧之五兩種情況例外：兩種情況例外：q邊緣耦合q帶厚小于趨膚厚度d需要畫厚度不要畫厚度平面微帶或帶狀線模型一般不畫線的厚度建立仿真模型的技巧之六SymmetryPerfect H

4、 利用幾何結(jié)構(gòu)的對稱性減少計(jì)算量使用對稱性邊界條件除了需要考慮幾何結(jié)構(gòu)具有對稱性之外，還需要仔細(xì)考察激勵信號是否具有對稱性。如右側(cè)的結(jié)構(gòu)矩形波導(dǎo)用TE10波激勵時(shí)，仿真模型具有對稱性（如右下圖所示）。如果用TE20波激勵則仿真模型不具備對稱性。建立仿真模型的技巧之六 利用幾何結(jié)構(gòu)的對稱性減少計(jì)算量對稱性邊界條件可以分成兩種，一種是理想的電對稱（Symmetry-Perfect E）；另外一種是理想的磁對稱（Symmetry-Perfect H） 。在求解本征值問題時(shí)，也可以直接用理想的電邊界（Perfect E）和理想的磁邊界（Perfect H）代替對稱性邊界條件。This rectangu

5、lar waveguide contains a symmetric propagating mode, which could be modeled using half the volume vertically.Perfect E Symmetry (top).or horizontally.Perfect H Symmetry(left side)建立仿真模型的技巧之七n通常，通常，HFSSHFSS可計(jì)算的最可計(jì)算的最大尺度小于大尺度小于4 4。利用周期邊界使被求解的問題最小化MasterSlaver建立仿真模型的技巧之七利用周期邊界使被求解的問題最小化建立仿真模型的技巧之八計(jì)算輻射或

6、散射問題空氣盒應(yīng)盡可能小nDistance: For strong radiators (e.g. antennas) no closer than /4 to any structure. For weak radiators (e.g. a bent circuit trace) no closer than /10 to any structure建立仿真模型的技巧之九n確定端口距幾何不均勻性最短距離的準(zhǔn)則q高次模衰減大于20dBq一般取/8 /4端口所連接的直波導(dǎo)段不能太長直波導(dǎo)段太長建立仿真模型的技巧之十n在初始計(jì)算或非精密計(jì)算中，模型中的材料一般都用理想材料。q金屬 理想導(dǎo)體q介質(zhì)

7、 無耗介質(zhì)HFSS Perf HFSS Perf GeomGeomHFSS Segement HFSS Segement 1818HFSS Seg HFSS Seg 18 Perf 18 Perf ConCon1111分分4040秒秒9 9分分3434秒秒2 2分分5454秒秒模型中盡量使用理想材料球形諧振腔的例子TM110 mode, s :5.8E7 S/m.Analytic solution:f0:261.82347 MHz,Q:89899.1HFSS Perf GeomHFSS Perf GeomHFSS Segement 18HFSS Segement 18HFSS Seg 18 HFSS Seg 18 Perf ConPerf Con1111分分4040秒秒9 9分分3434秒秒2 2分分5454秒秒建立仿真模型的技巧之十一曲線邊界不使用真實(shí)表面可以減少計(jì)算時(shí)間。使用直線逼近曲線的直線數(shù)被稱作Segement。直線數(shù)太多計(jì)算時(shí)間的減少不明顯。直線數(shù)太少計(jì)算的精度太低。并且不能通過增加Pass數(shù)提高精度。對于圓周，直線數(shù)通常取18。計(jì)算誤差大約在2.5%左右。建立仿真模型的技巧之十一建立仿真模型的技巧之十一n虛擬物體是指那些為了使網(wǎng)格劃