HFSS边界条件和端口讲解 .pdfVIP

总的介绍：

AnsoftHFSS求解就是对微分形式的麦克斯韦方程采取有限元方法进行数值求解，在场矢

量和导数是都单值、有界而且沿空间连续分布的假设下，这些方程才可以使用。在边界和场

源处，场是不连续的，场的导数变得没有意义。因此，需要边界条件确定跨越不连续边界处

场的性质。边界条件对理解麦克斯韦方程是非常重要的，同时也是求解麦克斯韦方程的基

础。

默认边界条件－－AnsoftHFSS建立的是一个虚拟的原型世界。与边界为无限空间的真实世

界不同，虚拟原型世界被做成有限的。为了获得这个有限空间，AnsoftHSS使用了背景或

包围几何模型的外部边界条件。

所谓背景是指没有被任何模型物体占据的空间。任何和背景有关联的物体表面将被自动地定

义为理想的电边界（PerfectE）并且命名为外部（outer）边界条件。可以把几何结构想象

为外面有一层很薄而且是理想导体的材料。因此当实际边界不是理想的电边界就必须根据实

际情况设置；

激励（excitation）－－激励边界条件是一种特殊的边界条件，最常用的是waveport，是

一种允许能量进入或导出几何结构的边界条件，使用waveport激励条件可以计算端口的S

参数；

理想电边界（PerfectE）－－PerfectE是一种理想电导体或简称为理想导体。这种边界

条件的电场（E-Field）垂直于表面。有两种边界被自动地赋值为理想电边界。

1、任何与背景相关联的物体表面将被自动地定义为理想电边界并且命名为outer的外

部边界条件。

2、任何材料被赋值为PEC（理想电导体）的物体的表面被自动的赋值为理想电边界并

命为smetal边界。

理想磁边界（PerfectH）－－PerfectH是一种理想的磁边界。边界面上的电场方向与表

面相切。

有限电导率（FiniteConductivity）——有限电导率边界将把物体表面定义有耗（非理想）

的导体。并且可类比为有耗金属材料的定义。为了模拟有耗表面，应提供以西门子/米

（Siemens/meter）为单位的损耗参数以及导磁率参数。并且可以是频率的函数

阻抗边界（Impedance）－－一个用解析公式计算场行为和损耗的电阻性表面。表面的切向

电场等于Zs(nxHtan)。表面的阻抗等于Rs+jXs。其中，Rs是以ohms/square为单位的

电阻，Xs是以ohms/square为单位的电抗

分层阻抗（LayeredImpedance）边界——在结构中多层薄层可以模拟为阻抗表面。

集总RLC（LumpedRLC）边界——一组并联的电阻、电感和电容组成的表面。这种仿真类似

于阻抗边界，只是软件利用用户提供的R、L和C值计算出以ohms/square为单位的阻抗值。

无限地平面（InfiniteGroundPlane）——通常，地面可以看成是无限的、理想电壁、有

限电导率或者是阻抗的边界条件。如果结构中使用了辐射边界，地面的作用是对远区场能量

的屏蔽物，防止波穿过地平面传播。

辐射边界（Radiation）——辐射边界也被称为吸收边界。辐射边界使该边界能够模拟开

放的表面。即波能够朝着辐射边界的方向辐射出去。系统在辐射边界处吸收电磁波，本质上

就可把边界看成是延伸到空间无限远处。辐射边界可以是任意形状并且靠近结构，但一般

要距离模型四分之一波长，对包含辐射边界的结构，计算的S参数包含辐射损耗。当结构中

包含辐射边界时，远区场计算作为仿真的一部分被完成。

PML（Perfectlymatchedlayer）边界——这是个假想的材料能够完全吸收电磁场，这些

材料是各向异性的，有两种形式的PML，一种是自由空间终止，它意味着电磁场从这个表明

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辐射到自由空间的任意方向，这种情况下要比radiation边界更合适，因为PML可以和模型

距离很近，减少空间问题，另一中PML是反射自由终止，它类似一个波导，波沿该方向传播

到无限；

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这一章主要介绍使用边界条件的基本知识。边界条件能够使你能够控制物体之间平面、表面或交界面处的

特性。边界条件对理解麦克斯韦方程是非常重要的同时也是求解麦克斯韦方程的基础。

§2.1为什么边界条件很重要

用AnsoftHFSS求解的波动方程是由微分形式的麦克斯韦方程推导出来的。在这些场