HFSS端口应用详解——Wave Port

HFSS端口应用详解——Wave Port

概述：
Wave Port是HFSS中典型的外部端口，这里所说的外部是指只有一侧有场分布，一般都在边界和背景的交界处。外部端口需要通过传输线的方式才能将激励信号加入到结构中，而外部端口通常会定义成传输线的截面。Wave Port截面就是HFSS求解结构参数时的参考面，它对于S参数的相位计算非常重要。HFSS在端口截面处求解传输线的特性，得到端口的特性阻抗和传播常数，用于计算S参数。
      
1. 传输线原型：
传输线线宽W=6mil，线间距S=3W=18mil，线长2000mil，层叠结构是铜厚1.4mil，传输线距离下方的GND平面58mil，介质的介电常数是4.25，如下图：

由上图有Polar计算得到的传输线的特性阻抗是138.27ohm。

      

2. airbox背景作为Wave Port端口：
将Wave Port创建在Boundary face of free space上，且让Wave Port平面紧贴传输线，如下图所示:

  

上图可以看到，HFSS计算得到的传输线的阻抗大约是136.7138.5ohm，这个结果与原型中的Polar的特性阻抗计算值是完全吻合的。

    

3. 以PCB侧边YZ平面作为Wave Port端口：
将Wave Port创建在PCB的侧边YZ平面上，且让Wave Port平面紧贴free space，如下图所示:

  

上图可以看到，仿真出来的特性阻抗随着频率有比较大的变化，这是因为Wave Port没有考虑传输线上方空间的电磁场效应导致的，因此这个结果是错误的。

      

3. Wave Port端口不紧贴free space：
将Wave Port创建在PCB的侧边YZ平面上，但是让Wave Port平面不紧贴free space，如下图所示:
  

  

上图可以看到，HFSS无法继续仿真，因为不但没有考虑传输线上方空间的电磁场效应，而且在free space boundary与PCB侧边上的Wave Port之间的空间上没有电磁场的information。

    

4. 新增Wave Port端口平面不紧贴free space：
在PCB的侧边YZ平面上，另建一个“矩形平面”，该平面紧贴传输线但不贴free sapce boundary，在这个新的平面上设置Wave Port，如下图：

上图可以看到HFSS仿真得到的传输线的特征阻抗是223.9ohm左右，与Polar的计算结果偏差很大，这个结果时错误的。

      

5. 新增Wave Port端口大平面且紧贴free space：
在PCB的侧边YZ平面上，另建一个“矩形平面”，该平面紧贴传输线且紧贴free sapce boundary，平面下部超出PCB下边沿，在这个新的平面上设置Wave Port，如下图：

  

上图看到，HFSS计算得到的传输线的阻抗大约是136.7138.5ohm，这个结果与原型中的Polar的特性阻抗计算值是完全吻合的。

    

6.新增Wave Port端口小平面且紧贴free space：
在PCB的侧边YZ平面上，另建一个“矩形平面”，该平面紧贴传输线且紧贴free sapce boundary，但是这个平面的下方与PCB板下边沿平齐，在这个新的平面上设置Wave Port，如下图：

上图看到，HFSS计算得到的传输线的阻抗大约是131.8133ohm，这个结果与原型中的Polar的特性阻抗计算值基本吻合，但是偏小。

          

结论:

由上面的几种仿真结果对比我们可以归纳出Wave Port的两点结论：
Wave Port必须设置在外部端口上，即一定要贴着free space boundary；
Wave Port平面的大小对仿真结果精度有较大影响。
通常HFSS的Wave Port平面的规则如下：

  

双微带线的Wave Port平面尺寸规则

  

  

双微带线的Wave Port平面尺寸规则

双带状线的Wave Port平面尺寸规则

单带状线的Wave Port平面尺寸规则

  

以上是一些常用的Wave Port使用规则，其实在实际的应用中Wave Port也可以用作内部端口，但是此时需要做特殊处理，具体应用我们在下一期再介绍。

小编介绍得很详细，谢谢分享

小编是不是也会介绍在端口面背侧加PEC材质的体结构，我看的教材都是这么设置的。

小编讲解的很详细，期待你的下一次分享。

继续期待下一篇好文

有点搞不懂，如果波长是1310nm，λ/2=65.um，这样就不合用了吗?