HFSS波端口(Wave Port)大小尺寸的估算
波端口四周默认的边界条件是理想导体边界,因此对于波导或同轴线这类横截面闭合的器件,端口截面四周都是导体,波端口直接定义在其终端横截面上即可。而对于微带线、带状线、共面波导等开放或半开放结构的传输线,电磁场并不完全束缚在导体和参考地之间,部分电磁能量会辐射到传输线四周的空气和介质中,如图1所示。此时设置的波端口需要有足够大的尺寸,以避免电场耦合到波端口边缘上,影响传输线的特性,进而影响到计算的准确性。下面根据工程实践经验,给出微带线、带状线、槽线和共面波导4类开放或半开放结构的传输线在设置波端口激励时端口的大致尺寸。
图1 微带线的电磁场分布
(1) 微带线
对于微带线电路,波端口的下边缘必须与参考地重合。假设微带线的线宽为w,介质层厚度为h,则波端口的高度一般设置为6~10h;当w≥h时,波端口的宽度一般设置为10w,当w < h时,波端口的宽度一般设置5w或者3~4h,如图2(a)所示。
(2)带状线
对于带状线电路,波端口的上下边缘必须与参考地重合。假设微带线的线宽为w,介质层厚度为h,端口左右两侧的宽度在w≥h时一般设置为8w,在w<h时一般设置5w或者3~4h,如图2(b)所示。
(3)槽线
对于槽线电路,如果有参考地,则波端口的下边缘必须与参考地重合;如果没有参考地,则波端口需要覆盖介质层上下两边的空间,使槽线位于波端口的中央。假设槽线电路的缝隙宽度为g,介质层厚度为h,则波端口的高度需要大于4g和4h,波端口的宽度需要大于7g,即波端口两侧距离缝隙都大于3g,如图2(c)所示。
(4)共面波导
对于共面波导电路,如果有参考地,则波端口的下边缘必须与参考地重合;如果没有参考地,则波端口需要覆盖介质层上下两边的空间,此时共面波导位于波端口的中央。假设共面波导电路中间导线宽度为s,导线两边缝隙宽度为g,介质层厚度为h,则波端口的高度需要大于4g和4h,波端口左右两侧距离共面波导中心都需要大于3~5s(s >g时)或3~5g(g>s时),这样波端口的总宽度需要大于10g和10s二者之间的较大值,如图2(d)所示。
图2 波端口尺寸估算值
另外,还需要特别注意的是,在上述4种情况中,所设置的波端口宽度和高度都不能超过1/2个工作波长,否则会激发矩形波导模式,影响结果的准确性。
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