HFSS仿真，三种求解类型详解！

樱桃海弥

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HFSS仿真，三种求解类型详解！

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   新建一个HFSS工程设计时，首先需要选择该设计的求解类型。通过从主菜单栏选择【HFSS】→【Solution Type】命令，可以打开Solution Type对话框，设置求解类型。

        HFSS中有3种常用求解类型：模式驱动求解（Driven Modal）、终端驱动求解（Driven Terminal）和本征模求解（Eigenmode）。

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1、从help的解释来看:

Eigenmode solution主要用于谐振结构，而Driven Modal和Driven Terminal主要用于传输线、波导，包括天线等结构。主要区别一下前两个：如果需要仿真的结构是多导体结构（如同轴线），可以传播TEM模，存在电压和电流的定义，这样就可以用电压波和电流波来描述该传输线，可以使用Driven Terminal模式。但如果需要仿真的结构是单导体结构如矩形，柱形波导，则沿线电压、电流不再有定义，只能用网络理论中的内向波、外向波描述端口的性质，此时用Driven Modal。 对于微带，传播模式是准TEM模，按help的解释应该用Driven Modal，但在ansoft的full-book对port的解释中又有这样一句：For structures like coupled transmission lines or connectors, which support multiple, quasi-TEM modes of propagation, it is often desirable to compute the Terminal S-Parameters.可见用Driven Terminal还是可以的。

个人感觉这两个选项的名字取得确实很难让人理解。在网上看到也有人用计算速度来区别这两个选项，个人认为至少是不全面的。对于计算速度是否真有差别，需要试验一下。

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2、关于driven modal 与driven terminal 的理解

1） driven modal 模式驱动, 所谓模式驱动就是hfss根据用户所定义的模式数目求解端口模式数目及场分布,并为每个模式分配相等的功率,仿真时用端口场分布做为边界条件对内部进行求解,默认端口阻抗为Zpi 无须定义积分线来求解电压, S参量用入射反射功率来表示。

2） 对于分析偶合传输线等一个端口上有多个终端,而求解终端之间偶合问题的模型,driven modal 是不适合的.应用driven terminal ,这里以微带偶合传输线为例子说明这个问题。

在这个端口上tem波 有两种模式 1.偶模:V1=V2 2.奇模. V1=-V2 (V1为导体1对接地板等效电压, V2为导体2对 接地板等效电压) 如果用driven modal求结 则这两种模式分别被赋予相等功率,而求解出的S11则是整个端口上的每一种模式的反射情况,而不能直接求出两线的偶合状况(例如只激励导体1,求导体2上的端口电压)这显然是不合适的。

(关于偶合传输线问题详情见microwave engineering edition 3 7.6节)

Driven terminal默认的求解终端阻抗为Zvi 故对于每个终端需要定义积分线,例如上图中terminal 的积分线为从接地版到导体1的连线(导体1,接地版都为等势体,路径没有关系),terminal2的积分线为接地版到导体2) 计算机求解时对两个终端分别进行激励,通过电压与电流来计算他们之间的偶合关系.

3.总结

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如果模型中有类似于偶合传输线求偶合问题的模型一定要用driven terminal求解。driven modal适于其他模型, 但一般tem模式(同轴,微带等)传输的单终端模型一般用driven terminal分析 (tem波电压一般由两导体之间电场积分定义,电流为环线磁场的积分,阻抗Zvi=Zpi=Zpv区别于TE TM) 由于其直接对电流电压求解而避免了对整个面上功率的计算从而比较简便。

1）模式驱动求解类型

       以模式为基础计算S参数，根据导波内各模式场的入射功率和反射功率来计算S参数矩阵的解。

2）终端驱动求解类型

       以终端为基础计算多导体传输线端口的S参数；此时，根据传输线终端的电压和电流来计算S参数矩阵的解。

3）本征模求解类型

       本征模求解器主要用于谐振问题的设计分析，可以用于计算谐振结构的谐振频率和谐振频率处对应的场，也可以用于计算谐振腔体的无载Q值。

应用本征模求解时，需要注意以下几方面。

       （1）不需要设置激励方式。

       （2）不能定义辐射边界条件。

       （3）不能进行扫频分析。

       （4）不能包含铁氧体材料。

       （5）只有场解结果，没有S参数求解结果。

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