6.4  扫频分析

 前面讲解了如何添加和定义求解设置，通过求解设置，可以对模型结构进行自适应网格剖分，并计算在指定的网格剖分频率点处的S 参数和场解。这只是分析一个频点处的 S 参数和场解，如果要分析或计算某个频段范围内的S 参数和场解，则需要进行频率扫描设置。HFSS 中有3 种扫频类型，分别为快速扫频（Fast Frequency Sweep）、离散扫频（Discrete Frequency Sweep）和插值扫频（Interpolating Frequency Sweep）。

    6.4.1 扫频类型

    1．快速扫频

    快速扫频是在1994 年引入 HFSS 中，最初基于AWE（Asymptotic Waveform Evaluation） 算法用于搜寻传输函数的主零、极点，适合于窄带问题的求解；后来采用ALPS（Adaptive Lanczos-Pade Sweep）算法，Lanczos 法是求解稀疏矩阵本征值问题的有效方法，采用 ALPS 算法可以在很宽的频带范围内搜寻出传输函数的全部零、极点。因此，快速扫频适用于谐振问题和高Q 值问题的分析，使用快速扫频可以得到场在谐振点附近行为的精确描述。

    使用快速扫频，一般选择频带中心频率作为自适应网格剖分频率，进行网格剖分，计算出该频点的S 参数和场分布，然后使用基于ALPS 算法的求解器从中心频率处的 S 参数解和场解来外推整个频带范围的 S 参数解和场解。使用快速扫频，计算时只会求解中心频点处的 场解，但在数据后处理时整个扫频范围内的任意频点的场都可以显示。

    2．离散扫频

    离散扫频是在频带内的指定频点处计算S 参数和场解。例如，指定频带范围为 1～2GHz、 步长为0.25GHz，则会计算在 1GHz、1.25GHz、1.5GHz、1.75GHz、2GHz 共5 个频点处的 S 参 数和场解。默认情况下，使用离散扫频只保存最后计算的频率点的场解，上例中即只保存2GHz 处的场解。用户如果希望保存指定的所有频率点的场解，需要选中设置对话框中的Save Fields 复选框。 对于离散扫频，需要求解的频率点越多，完成频率扫描所需的时间就越长。如果整个频带范围的解只需要有限几个频率点就能精确表示，那么可以选择离散扫频。

    3．插值扫频

    插值扫频使用二分法来计算整个频段内的 S 参数和场解。使用插值扫频， HFSS 自适应选择计算场解的频率点，并计算相邻两个频点之间的解的误差，当解达到指定的误差收敛标 准或者达到了设定的最大频点数目后，扫描完成；其他频率点上的 S 参数和场解由内插给出。

    插值扫频过程中，前一个插值频率点的场 解会被删除，然后产生下一个频率点的场解， 这样最终只有最后计算的频率点的场解才会 被保存下来。

    4．上述3 种扫频类型的选择

     作为经验准则，当 fmax/fmin < 4 时，扫频类型一般选择快速扫频；对于 fmax /fmin >4 的宽带问题，扫频类型一般选择插值扫频；离散扫频通常较少使用，只有在用户只希望得到问题的有限几个频点的精确解时才选择离散扫频。快速扫频可以得到场在谐振点附近行为的精确描述，因而适用于谐振问题和高Q值问题的分析；离散扫频采用的是二分法，适合频率响应较为平坦的问题的分析。通常把快速扫频作为默认的扫频类型；当使用快速扫频所占用的内存资源超出计算机可使用的内存时，选择插值扫频；或者所需分析的问题频带很宽时，例如多数高速数字信号问题的分析，选择插值扫频。 需要记住的是，在频率扫描求解过程中HFSS 是不重新进行网格剖分细化的，整个频率扫描求解过程中，HFSS 始终是基于求解频率处所产生的网格进行计算的。