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高频信号分析 ,ANSOFT HFSS V10 帮助文件(中文)

    Vector Real Poynting  坡印亭矢量，定义为E x H*     W/m2 

Local SAR             特定吸收率                   W/kg 

Average SAR           平均特定吸收率               W/kg 

指定相位角 

指定场量被计算时的相位角使你能计算场数量在其周期不同点上的实部。这些量可表示为A(x, y, z, t) = A(x, y, z)cos(ωt + θ(x, y, z))，其中ω是场量相位角振荡频率，在解决时设定。θ (x,y,z)是相角（余弦波偏置量，峰值在t=0）。 

峰值与RMS相量的对比 

这部分关注场量在HFSS中是如何表示的。有些用户用不到这些信息，例如想知道端口S参数或场解相对振幅的用户。而想知道场量绝对值的用户需要考虑两种场表示方式的不同，即峰值和平均值。HFSS在频域解决并获得定态有限元场解的相量表示式。物理量如瞬时（时域）电场随后作为派生量从相量表示式中得到。 

如果Ex是代表时谐电场的“峰值”相量的x分量，在时刻t的物理电场x分量，表示为Ex(t)，通过 来计算，其中 R 是复数或复函数的实部， 是角频率，j是虚部单位，t是时间。另外，如果Ex是一个“均值”相量，一个额外的因子 是必需的，即 。作为这些公式的结论，在一个整周期内观察到的峰值物理场（Ex(t)），在峰值相量中max(Ex(t))= ，而在均值相量中max(Ex(t)= 。 

另外，给定了相量E和H，要计算通过一个平面的平均能流，复坡印亭矢量的实部x分量要沿着表面积分。复坡印亭矢量S的正确表达方式取决于使用了那种相量。对于峰值相量， ，对于均值相量， 。 

HFSS的使用惯例如下： 

入射到一个端口上的每个传输模式包括1瓦特的时间平均功率。 

电路差值源用峰值形式来表示。也就是说，如果电势差源数量是5伏，那么时域电路源表现为 。同样的情况也适用于电流差源。 

平面波源用峰值形式来表示。也就是说，如果平面波数量是5V/m，平面波入射场数量可表示为 。 

辐射功率，例如通过场后处理器计算的，是用复坡印亭矢量计算的时域平均量。 

场计算器中的相量是峰值相量。计算器中的坡印亭矢量按钮因此用峰值相量执行坡印亭矢量 ,无论是计算平均量还是瞬时量的计算都要遵守峰值相量惯例。 

计算SAR 

特定吸收系数(SAR)是损耗介质材料中电磁能量吸收量的量度。SAR是一个基本的标量场量，可以用HFSS在实体表面或内部被绘制。HFSS使用下式计算SAR： ，其中 ＝材料电导率， 是电介质的质量密度，单位是质量/单位体积。 

HFSS中有两种类型的SAR图：局部SAR和平均SAR。当计算局部SAR时，HFSS使用上述公式计算覆盖图中每个网格点的SAR。HFSS沿着图内插替换网格点之间的值。在绘制平均SAR时，对于图上的每个网格点，HFSS报告一个包围该网格点的小体积的平均SAR。该体积由以下设置确定：材料的质量密度，包围每个网格点的材料质量，它们在Specific Absorption Rate Setting对话框中设定。

模式转换

在有些情况下考虑高次模的影响是必要的，因为该结构表现为模式转换器。例如，如果一个端口上模式1（主导）场转换为（当波通过该结构时）另一个端口上模式二场，这样得到模式2场的S参数就是必要的。

模式，反射，传播

由于结构的不连续性，一个特定模式的激励信号的三维电磁场解可能会存在高次模反射。如果这些高次模被反射到激励端口或传播到另一个端口，与这些模式相关的S参数就应该被计算。如果高次模在到达任何端口前已衰减——或者因为损耗而衰减，或者因为它是非传播的消减波——就没必要计算此模式的S参数。因此，避免计算高次波模式的S参数的一个方法是在模型中包含一个具有一定长度的波导，此长度足以使高次模衰减。例如，如果与某端口有关的模式二波在0.5mm时衰减到近似为0，与端口相连的几何模型的“恒定横截面”部分至少应该有0.5mm那么长。否则，对于精确的S参数，模式2的S参数必须被包含在S矩阵中。几何模型中需要包含的恒定横截面部分的长度取决于该模式的衰减常数值， 。

模式场类型与频率

    与每个模式有关的场类型一般随着频率的变化而变化。然而，传播常数和阻抗却经常随着频率的变化而改变。当执行频率扫描时，记住当频率升高时，高次模成为传播模式的机会也会增加。

同一表面上的多个端口

考虑微波传输带上的一个端口面，该微波传输带包含肩并肩的两个传导带，它们作为两个分离端口。如果这两个端口被定义为分离的，系统仿真时认为两个端口连接到分开的传播结构上。这就好像一面传导墙将激励波分开。然而，实际上，两条传输带之间存在着电磁场耦合。

为了精确的模拟这种耦合，分析这两个端口时将其看作一个具有多种模式的单一端口。一般来说，在端口截面如果有N个不相连的导线，那么对于精确求解来说至少N-1个模式是必需的。例如，如果端口由被导体外壳包围的两个临近微波传输带组成，N=3；因此端口上至少两个模式要被定义。分配模式的数目与终端的数目相等。更多信息参考Defining Terminals。

如果多导体端口平面在三维模型不连续处附近，除了N-1个模式之外，还需要额外的模式。然而，如果你在多导体端口上定义终端，非类似横向电磁场（TEM）模式将反过来影响任何被计算的终端矩阵的项目。因此，不是增加额外的模式数目（多于N-1个），而是应该向外扩展端口直到高次模被充分衰减，这样就不用考虑高次模。

端口场强精度

一般来说，默认的端口场强精度值（在Solution Setup对话框的Ports选项卡指定）是足够的。你可能在下面几种情况下想改进端口场强精度值：

你主要是对端口阻抗感兴趣。端口阻抗作为端口解的一部分被计算。

你想降低噪声基底，以便捕捉低于－70dB范围的S参数。

当每次你要求仅为端口解决，HFSS使用端口场强精度值，它为第一次全场解决仅仅使用这个值。之所以发生这种情况，是因为端口解决设置是在场解决的开始阶段被计算的，然后这个计算值被应用于后来的场解决中。因此，为一个场解决指定一个新的端口场强精度，需要增加一个解决设置并产生一个新的解。

精修端口的网格同样使得HFSS精修整个结构内的网格。这是因为它将端口场解看作是计算整体三维解时的边界条件。因此，将端口场强精度定义的太高会造成不必要的过于复杂的有限元网格。

保存场强解

当指定了扫描过程中要解决的频率点时，你可以指定是否保存每个频率点与所有端口模式相关的三维场强解。因为每个额外的场强解——与高次模相关的——使需要的磁盘空间增加了几兆，默认情况下HFSS不保存高次模数据，除非你特意指定保存这些数据。如果你不保存场量解，在后处理过程中，相关模就不能成为仿真源。

适应性分析过程

适应性分析指的是在错误较高的区域反复进行网格精修的解决过程，这样能增加解的精度。你可以设置相应标准来控制适应性场强精修过程中的网格精修。许多问题只有在应用了适应性精修之后才能求解。

以下是适应性精修的一般过程：

1、HFSS产生初始网格。

2、使用初始网格，当电磁场在解决频率被激发后，HFSS计算存在于结构内部的这些电磁场。（如果你运行频率扫描，适应性分析仅在指定解决频率执行）

3、基于当前的有限元素解，HFSS评价精确解错误最高的问题区。这些区域的四面体将被精修。

4、HFSS使用精修的网格产生另一个解。

5、HFSS重新计算错误，反复过程（解决——错误分析——精修）会不断重复直到满足收敛准则或完成了指定的适应性路径次数。

6、如果执行了一个频率扫描，HFSS随后将在其他频率解决这个问题但不进一步精修网格。

Maximum Delta S （与端口有关的设计）

Delta S指的是连续两个路径S参数的数量变化。从一次反复到下一次反复，如果所有S参数的数量变化与相位变化均小于Maximum Delta S Per Pass的值，适应性分析就会停止。否则，它将继续运行直到完成指定的路径次数。

例如，如果你指定Maximum Delta S Per Pass为0.1，HFSS就会连续的精修网格直到完成指定的路径数目或所有复S参数的数量变化小于0.1。

Maximum Delta S被定义为：


其中，i和j覆盖所有矩阵项，N代表路径数目。

注意：Delta S基于合适的S参数被计算——模式的或终端的——在S参数已经被减少植入或重新规格化之后。

相关主题：过程路径之间Delta S的最大数量。

最大Delta E（对于有电压源、电流源或入射波的设计。不适用于端口设计）

Delta E指的是从一次适应性解决到下一次的过程中相对能量误差的变化。它可以衡量路径到路径的被计算场量值的稳定性。随着解的收敛，Delta E趋近于0。

Maximum Delta E Per Pass的值是适应性解决的停止准则。如果Delta E低于这个值，适应性分析停止。否则，它将继续运行直到满足收敛原则。数据代表所有四面体的delta E。

每次路径四面体精修百分比

你为Percent Refinement Per Pass设定的值决定了每次适应性精修过程反复时添加了多少四面体。例如，输入10使得每次路径增加的网格接近百分之十。有最高错误的四面体将被精修。如果网格包含1000个元素，四面体被精修的结果是100个新元素被添加到网格中。一般来说，你可以接受默认值。

数量差（用于特定S矩阵项收敛标准被指定的解决方案）

对于S矩阵的没一个元素，数量差指的是S参数delta数量与目标delta数量之差。目标delta参数在Matrix Convergence对话框中指定。Convergence选项卡下的数量差是所有矩阵项中的最大差值。数量差被定义为

  

  其中Mij是矩阵收敛项。它指明了解与目标delta数量的接近程度。如果解已经收敛于目标delta数量之内，该路径就会报告0值。

相位差（适用于特定S矩阵项收敛标准被指定的解决方案）

对于矩阵中的每个元素，相位差指的是S参数delta相位与目标delta相位之差，其中后者在Matrix Convergence对话框中被指定。Convergence选项卡下报告的相差是所有矩阵项中这些数据的最大值。相差定义为：

    其中Mij是矩阵收敛项。相差指明了解与目标delta相位的接近程度。如果解已经收敛于目标delta相位之内，该路径就会报告0值。

最大delta频率（应用于谐振解决方案）

在解决过程的任何时间，你可以观察从一个适应性解到下一个适应性解的谐振频率的百分比差值，或者说是最大delta频率。这是路径到路径中被计算的频率的稳定性的量度。在完成了仅仅两次或更多次适应性路径之后，这个值就能得到。

对于无损问题，最大delta频率是被计算模式频率实部的最大百分比变化。对有损问题，最大delta频率指的是以下两个量中较大的一个：所有模式频率实部最大百分比变化，所有模式频率虚部最大百分比变化。