HFSS端口应用详解：Wave Port 、Lumped Port-技术文章-RF技术社区
HFSS端口应用详解：Wave Port 、Lumped Port
发布时间： 10:00:14
来源：互联网
一、Wave Port
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136.7~138.5ohm，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136.7~138.5ohm，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131.8~133ohm，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。
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。
二、Lumped Port
Lumped Port是HFSS里面的内部端口，它需要通过测试系统来给结构加入信号，类似于测试系统的测试探针。因为Lumped Port注入给结构的是电压和电流信号，因此Lumped Port必须要指定端口阻抗，否则就会导致信号源短路，Lumped Port端口的阻抗一般设置与测试系统的内阻一致。同理，因为是电流和电压信号，Lumped Port必须要有参考也叫回流通路，因此Lumped Port必须要有两个端口面，其中一个端口面为参考面。
2.Lumped Port应用：
因为Lumped Port定义的输入是电压和电流信号，因此一般Lumped Port端口主要用于信号完整性分析，即电路仿真中需要考虑布线寄生效应。Lumped Port的典型应用如下：
1）同层走线：
2）相邻层走线：
3）多针脚连接器：
4）替代RLC无源器件：
3.Lumped Port注意：
1）Lumped Port所在端面的长和宽需要远小于信号波长，一般以1/10波长为界；
2）因为Lumped Port端口的两侧默认都是Perfect H边界，因此两个Lumped Port的边缘不能相接；
3）Lumped Port的两端必须和Perfect E边界或金属表面相接触，否则信号无法注入；
4）Lumped Port只能用于传输TEM模式或准TEM模式；
5）因为真实的测试环境中回流通路是存在的，因此2个Lumped Port端口之间必须要形成回流通路，如下图：
6）为了确保多端口S参数相位的一致性，Lumped Port积分线的定义方向必须一致；
以上是常用的一些Lumped Port的使用规则。下周我们将对Lumped Port和Wave Port做一个对比总结，有兴趣的同学请继续关注。
附上一期Wave Port当内部端口使用问题：
Wave Port当内部端口使用的唯一情况就是在同轴线激励的对称振子天线设计。因为Wave Port直接定义在同轴线的截面上时，由于场的双向存在，HFSS软件会报错，导致仿真无法继续。此时我们需要在Wave Port所在位置额外增加一个Perfect E物体，通常称为&Coductive Cap&。利用此物体将端口面完全覆盖，因为HFSS对Perfect E物体的内部是不求解场的，这样可以保证场的单向存在。如下图：
三、对比总结
上两周我们已经介绍了一下Lumped Port和Wave Port的使用，本周我们针对前两周的内容做个对比和小结。
1.Lumped Port是内部端口，Wave Port是外部端口：
Lumped Port相当于用测试系统如探针给传输线加激励，Wave Port相当于用传输线给传输线加激励；因此Lumped Port需要指定端口阻抗，Wave Port自动求解端口阻抗。此外，Wave Port加上&conductive cap&可以当内部端口用。
2.Lumped Port的激励是电流和电压，Wave Port的激励是电磁波：
Lumped Port只能用于TEM模式或准TEM模式，不能进行Deembeding；Wave Port没有这些限制。
3.Lumped Port和Wave Port的外表面的边界定义有差别：
Lumped Port的两侧面区域为Profect H，其他面为Profect E；Wave Port的所有外表面均为Profect E。
4.Lumped Port和Wave Port的尺寸要求有差异：
（1）Wave port所在的截面一定要均匀。Wave Port的尺寸要求如下：
（2）Lumped Port的宽度要与传输线等宽，长度小于&/100，Lumped Port的尺寸如下图：
上图中左边的Lumped Port太细，本身会引入比较大的寄生RL效应，并且此时的电压馈入点没有覆盖整个走线。
5.Lumped Port可以模拟RLC的寄生效应，Wave Port不行：
Lumped Port模拟RLC的寄生效应的情况如下图：
6.Lumped Port必须定义积分线，Wave Port只有特定情况才需要：
Wave Port需要定义积分线的情况如下图:
以上是Wave Port和Lumped port的一些主要区别，其他还有一些小的方面就不一一列举了，大家感兴趣的可以自己去查阅相关资料。
备案号: 苏ICP备号-2wave port的size，积分线的方向，以及Zpi和Zpv - HFSS
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wave port的size，积分线的方向，以及Zpi和Zpv
wave port的size，积分线的方向，以及Zpi和Zpv
请教各位，wave port和lumped port 一直都是HFSS仿真的难点。看了一些资料，发现还是有点不明白，请资深工程师指点迷津。问题如下 ：1。 wave port的size，手册上有写 用 4h高 和5w宽，但见过有人用空气盒子作高，稍微大于微带线做宽。我试过这两种，结果也不太一样。请问这个size到底该设多大的长方形呢？对结果的影响？2。 接着是积分线 integration line， 一是方向：是从空气盒子的高往下划线还是从下面往空气盒子的高划线呢？ 二是长度：我尝试过必须是在长方形内部画积分线，但是我们在设计的时候这个积分线多长也是由我们自己设计的不会提示错误，这有什么讲究？ 对结果会有什么影响呢？3。 选Zpi和选Zpv有什么区别呢？接着就是要不要renormalize？正在尝试一个个试，由于有的结果不一样，也不确定哪个结果是对的，有这方面知识的同学还请给点建议。1.波端口的设置取决于你所设计的波导内部场，比如：矩形波导波端口场均在其内部设置和其大小一样就行，微带线上部分场有溢出，设置成和其端口一样大，场会与端口耦合，对结果产生影响，故设置比较大，具体多大，有规定。2.积分线的方向其实就是规定场的正方向，这个我感觉差别不大，不知道对不对，我没试过。正负号的问题是所有一块变的，所以对后续参数运算处理么有影响，不知道，没试过，猜的。积分线画的到底有多长是按场的分布走的，因为是对场来积分，有场的地方必须画到，可以延伸到无场的地方，因为延不延伸到无场的地方都么有关系，即使延伸到了，无场的地方积出来也是零。3.步子到zpi和zpv，是什么，在软件哪里出现过，求指教。至于renormalize,是归一化吧，就是不管我波端口输入阻抗是多少，我都按这个renormaize定的值来计算，至于到底是不是，最后如果不是，可以用匹配网络使它达到。不知道上面说的对不对，不对还请资深工程师给新人指点，谢谢啊。1,wave port的size是这样子，如果有金属边界的话，直接画到金属边界的大小，场不会有遗漏，肯定是准的，但是如果仿微带线，没有金属边界，那么需要足够宽和长保证微带线的TEM模式场没有遗漏到wave port长宽外面的，你可以看一下端口的场分布来判断。2，积分线的方向定义的是场的正方向，因为场是来回震荡的，所以感觉定义正负方向应该没有啥影响（不是很确定这点，仅供参考）。另外，积分线选择最大电场分布的地方顺着电场方向画，这点应该没啥疑问。3，Zpi是用功率和电流计算端口特征阻抗，Zpv是用功率和电压计算端口阻抗。一般情况下Zpi是比较好的选择，因为Zpv需要额外的积分线计算端口电压，积分线的选择可能会引入场和积分误差。renormalize是把端口归一到50欧，会对结果有影响，看计算需求。好贴 真的感谢！对于renormalize这一点，我觉得你不renormalize得到的结果会更符合实际把请教怎么看端口的场分布呢？关于renormalize这一点，因为我们一般端口输入阻抗是不确定的，多少都有可能，为了使用方便，一般将其进行统一规定，如：50，75。如何看端口场分布，就得看你学的微波喽，检验你微波功底的时候到了。
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3秒自动关闭窗口关于waveport端口定义问题 - HFSS使用问答
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关于waveport端口定义问题
关于waveport端口定义问题
以waveport为激励源，waveport产生波是否是平面波？&&如何使waveport产生平面波？网友回复:波端口（Wave Ports） 端口解算器假定你定义的波端口连接到一个半无限长的波导，该波导具有与端口相同的截面和材料。每一个端口都是独立地激励并且在端口中每一个入射模式的平均功率为1瓦。波端口计算特性阻抗、复传播常数和S参数。网友回复:是不是除了定义积分线,还需要选上上polarization E field?&激励里面专门有平面波激励,可我也不太会用.&一起期待高手解答.网友回复:定义waveport过程中，要定义一个integration line ，这条线定义的不知是电场极化方向&还是波失方向？网友回复:定义的积分线是只电场方向&沿着积分&就是说在两点积分始末加的电压U=EL&他代表的是一个导波结构后面接的是一个与馈电点处阻抗相等&的阻抗&也就是指无穷场的导波结构网友回复:请教下,由微带线溃电激励的WAVE PORT怎么定义啊,我刚接触,在做WLAN双频天线设计,仿真的时候出现了这样的错误,还望达人们指教,谢谢!&&musketeer1 (D:/Ansoft/projects/)&& Design1&& & [error] Lambda refining mesh, process mesh3d : Unexpected internal software error code 1054 with module id 0. (12:21 上午& 六月 01, 2007)&& & [error] Simulation completed with execution error on server: Local Machine. (12:21 上午& 六月 01, 2007)网友回复:我的问题是waveport激励 能否产生平面波网友回复:平面波的定义是等相位面是平面的波。而波导传输的肯定是平面波，所以我认为waveport激励出来的就是平面波。网友回复:如果想用平面波，为什么不直接选择Incident Wave中的plane wave作为激励源？网友回复:关于这个问题我也一直没弄明白.&waveport激励出来的平面波和接选择Incident Wave中的plane wave激励有什么不同?&如何设置才能保证waveport激励出来的是平面偏振波?&现在还没见到Incident Wave -& plane wave激励的具体例子.&期待高人解答.
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史永康 编写
研发二室2008.9
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