微波无源电路仿真技术(03)

电子科技大学贾宝富博士微波无源电路仿真技术模型设置技巧如何建立仿真模型?实际的微波系统仿真模型包含多种元件和复杂的几何结构•硬件设备能力的限制，如内存、硬盘和CPU速率等。•可以接受的计算时间。仿真模型不一定与实际微波系统相同。通常，电磁问题实际的物理模型都比较复杂。基于目前的计算机硬件和计算软件的水平，我们还不可能把实际的物理模型作为仿真模型进行计算。因此，建立仿真模型首先就要学会分解、简化物理模型。在保证一定计算精度的条件下，使仿真模型尽量简单。建立仿真模型的主要技巧学会分解模型去掉计算区域外对电磁场没有影响的结构。去掉计算区域内一些结构的细节避免两个结构过于靠近又没有联在一起平面微带或带状线一般不画线的厚度利用几何结构的对称性减少计算量利用周期边界使被求解的问题最小化计算辐射或散射问题空气盒应尽可能小端口所连接的直波导段不能太长模型中尽量使用理想材料曲线边界不使用真实表面可以减少计算时间模型中引入虚拟物体建立仿真模型的技巧之一一个天线问题的例子-分解模型微波路面加热器的初始仿真模型微波炉面加热器的例子-分解模型分解后的仿真模型侧重传输问题侧重辐射问题微波炉面加热器的例子-分解模型建立仿真模型的技巧之二K01Z0K12K23K34K23K12K01例如，建立波导的仿真模型只画出波导中空气芯，而不需要画出金属部分。去掉计算区域外对电磁场没有影响的结构建立仿真模型的技巧之三离开端口比较远（λ/8）物体较小（λ/20）忽略计算区域内一些结构的细节建立仿真模型的技巧之四在设计过程中，为了保证零件的装配通常都留有装配公差。建立仿真模型时，应当忽略这些装配公差。否则会出现两个结构非常靠近但又不直接接触的情况。计算时，软件在这些区自动建立精细网格结构。耗用大量的硬件资源。计算速度慢。避免两个结构过于靠近又没有联在一起建立仿真模型的技巧之五两种情况例外：边缘耦合带厚小于趋肤厚度d需要画厚度不要画厚度平面微带或带状线模型一般不画线的厚度建立仿真模型的技巧之六SymmetryPerfectH利用几何结构的对称性减少计算量使用对称性边界条件除了需要考虑几何结构具有对称性之外，还需要仔细考察激励信号是否具有对称性。如右侧的结构矩形波导用TE10波激励时，仿真模型具有对称性（如右下图所示）。如果用TE20波激励则仿真模型不具备对称性。建立仿真模型的技巧之六利用几何结构的对称性减少计算量对称性边界条件可以分成两种，一种是理想的电对称（Symmetry-PerfectE）；另外一种是理想的磁对称（Symmetry-PerfectH）。在求解本征值问题时，也可以直接用理想的电边界（PerfectE）和理想的磁边界（PerfectH）代替对称性边界条件。Thisrectangularwaveguidecontainsasymmetricpropagatingmode,whichcouldbemodeledusinghalfthevolumevertically....PerfectESymmetry(top)...orhorizontally.PerfectHSymmetry(leftside)建立仿真模型的技巧之七通常，HFSS可计算的最大尺度小于4λ。利用周期边界使被求解的问题最小化MasterSlaver建立仿真模型的技巧之七利用周期边界使被求解的问题最小化建立仿真模型的技巧之八计算辐射或散射问题空气盒应尽可能小Distance:Forstrongradiators(e.g.antennas)nocloserthan/4toanystructure.Forweakradiators(e.g.abentcircuittrace)nocloserthan/10toanystructure建立仿真模型的技巧之九确定端口距几何不均匀性最短距离的准则高次模衰减大于20dB一般取λ/8~λ/4端口所连接的直波导段不能太长直波导段太长建立仿真模型的技巧之十在初始计算或非精密计算中，模型中的材料一般都用理想材料。金属理想导体介质无耗介质频率仿真计算误差（％）22.0052.012.0152.022.0252.032.0352.04024681012141618PassNoDeltaFPerfectConSegement18HFSSPerfGeomHFSSSegement18HFSSSeg18PerfCon11分40秒9分34秒2分54秒模型中尽量使用理想材料球形谐振腔的例子TM110mode,s:5.8E7S/m.Analyticsolution:f0:261.82347MHz,Q:89899.1HFSSPerfGeomHFSSSegement18HFSSSeg18PerfCon11分40秒9分34秒2分54秒建立仿真模型的技巧之十一曲线边界不使用真实表面可以减少计算时间。使用直线逼近曲线的直线数被称作Segement。直线数太多计算时间的减少不明显。直线数太少计算的精度太低。并且不能通过增加Pass数提高精度。对于圆周，直线数通常取18。计算误差大约在2.5%左右。频率仿真计算误差（％）00.511.522.5024681012141618PassNoDeltaFPerfectGeomSegement18建立仿真模型的技巧之十一Q值仿真计算误差（％）-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50024681012141618PassNoDeltaQPerfectGeomSegement18建立仿真模型的技巧之十一虚拟物体是指那些为了使网格划分更完美而引入的两维或三维物体。引入虚拟物体的原则引入虚拟物体不影响原结构的介质特性；虚拟物体应在被计算结构的内部。线度比值104建立仿真模型的技巧之十二模型中引入虚拟物体使用虚拟物体建模的例子使用虚拟物体建模的例子使用虚拟物体建模的例子