第19期ANSYS HFSS軟件常見問題解答

2016-10-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

ANSYS中國幾十位工程師根據(jù)十幾年的工程仿真實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),走訪了國內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu),行業(yè)精英研發(fā)企業(yè),嘔心瀝血總結(jié)了《ANSYS軟件常見問題與解答》,涉及結(jié)構(gòu)、流體、熱分析、高頻、低頻、系統(tǒng)與嵌入式軟件。此系列涵蓋工程仿真應(yīng)用中遇到的各種問題:包括具體操作步驟、ANSYS軟件最新版本的新功能、各種簡單高效的設(shè)計(jì)步驟。

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Wave Port是否只能定義在整個(gè)圖形的最外面?我發(fā)現(xiàn)如果不是這樣,HFSS求解報(bào)錯(cuò)。WavePort 是外部端口,HFSS要求WavePort所在的位置處,場只能是單向存在,因此,最好定義在整個(gè)圖形的最外面,但是,這不是必須的,如果結(jié)構(gòu)上的限制,端口定義的位置不在圖形的最外面,或者定義在最外面很麻煩,那么,可以在端口所在的位置加一個(gè)物體,物體的大小要使得它的一個(gè)面完全覆蓋端口,例如,對(duì)于同軸線端口來說,如果用一個(gè)圓柱體覆蓋端口,則圓柱體的直徑要大于或等于同軸線介質(zhì)圓柱的直徑,如圖1.16所示。物體的材料特性定義為理想導(dǎo)體。如果這樣做仍然不方便,對(duì)于TEM模的傳輸線,可以改用Lumped Port會(huì)更方便些。

圖1.16?

2我們知道,微帶線是開放結(jié)構(gòu),那么,是否一定要用輻射邊界條件?仿真時(shí),空氣盒子畫多大合適?對(duì)于微帶結(jié)構(gòu),雖然帶線以上的區(qū)域是開放的空間,實(shí)際的微帶線會(huì)有輻射損耗存在,但是,不必采用輻射邊界條件,利用軟件默認(rèn)的或定義為PerfectE均可。空氣盒子的大小很重要,一般說來,對(duì)于理想微帶結(jié)構(gòu),空氣盒子的高應(yīng)為微帶線介質(zhì)高度的十倍,盒子的寬應(yīng)當(dāng)保證盒子的側(cè)壁距離微帶線的邊緣距離是微帶線寬度的五倍以上。3如何定義空間相關(guān)材料特性?
常規(guī)材料的介電常數(shù)是標(biāo)量,即各向同性,但是對(duì)于比較復(fù)雜的介質(zhì)材料,其介電常數(shù)可能會(huì)跟空間位置相關(guān),這個(gè)時(shí)候需要用張量描述,即:

圖 1.18(a)

其中ε1,ε2,ε3分別表示沿著x,y,z坐標(biāo)軸方向的相對(duì)介電常數(shù),在HFSS中可以設(shè)置各向異性材料,設(shè)置的方法是首先選中材料物體模型,右鍵,選擇Assign Material,在彈出的定義選擇對(duì)話框的左下角選擇New/Edit Material,如圖1.18(b)所示:

圖1.18(b)

之后在編輯對(duì)話框中介電常數(shù)對(duì)應(yīng)的Type欄選擇Anisotropic,并在下面輸入T(1,1),T(2,2),T(3,3)的數(shù)值即可,如圖1.18(c)所示,這三個(gè)值分別對(duì)應(yīng)ε1,ε2,ε3 。

圖 1.18(c)

當(dāng)材料的特性沿某個(gè)方向不是固定值,而是隨坐標(biāo)變化,那么可以把這種變化用函數(shù)的方式表示出來,如ε2 = 2 + 8*y,即沿y方向的介電常數(shù)隨坐標(biāo)線性變化,可以在屬性對(duì)話框里輸入該表達(dá)式,如下圖所示,這樣就定義了隨空間變化的材料。

圖 1.18(d)

圖 1.18(e)
4FEBI邊界的大小如何選取?是否也需要遵循lambda/4準(zhǔn)則?FEBI邊界屬于輻射邊界的高級(jí)功能,如圖1.19所示,在傳統(tǒng)輻射邊界的設(shè)置基礎(chǔ)上勾選Model exterior as HFSS-IE domain即可生成FEBI邊界。

圖1.19 FEBI邊界設(shè)置

對(duì)于強(qiáng)輻射等天線問題,傳統(tǒng)ABC輻射邊界需遵循距離輻射體lambda/4大小,但ABC輻射邊界隨入射角增大反射會(huì)越來越強(qiáng)。FEBI邊界通過有限元法和積分方程法的混合運(yùn)算,不受入射角大小影響在邊界處實(shí)現(xiàn)無反射。在計(jì)算輻射、散射等問題時(shí),FEBI邊界可以完全與結(jié)構(gòu)體共形,也支持凹陷形邊界。FEBI無需遵循Lambda/4準(zhǔn)則,對(duì)于不同的應(yīng)用邊界大小設(shè)置不同。如超寬帶天線,可設(shè)置為距輻射體表面lambda/10(lambda取最低頻點(diǎn)),這樣可以減少計(jì)算空間和運(yùn)算量,節(jié)省時(shí)間與資源。而對(duì)于包含機(jī)載、星載、車載等電大尺寸平臺(tái),由于邊界大小將影響混合算法的迭代時(shí)間和次數(shù),且邊界距離載體過近容易人為的造成過于細(xì)小的網(wǎng)格,因此邊界大小不要設(shè)置過小,建議設(shè)置約lambda/4距離合適。
5對(duì)于不同器件的三維曲面,如何設(shè)置表面逼近效果,能夠在保證精度的前提下,減少計(jì)算量?對(duì)三維曲面的表面近似可通過“Surface Deviation”和“Normal Deviation ”來進(jìn)行約束,其含義如圖1.20(a)所示,這兩個(gè)值越小就意味著采用越多的網(wǎng)格去逼近曲面。HFSS對(duì)圓弧面進(jìn)行網(wǎng)格剖分時(shí)的默認(rèn)圓心角為22.5度,不同器件對(duì)曲面的共形逼近精度要求不同,可以通過修改表面近似的設(shè)置來生成更加合理的初始網(wǎng)格,從而在確保精度的前提下提高計(jì)算效率。圖1.20(b)列舉了幾種典型具有三維曲面的器件的表面近似設(shè)置。對(duì)于電感性導(dǎo)體,如鍵和線、過孔等,直徑遠(yuǎn)小于波長的結(jié)構(gòu),“Normal Deviation”推薦設(shè)置為45度~90度 ;對(duì)于同軸結(jié)構(gòu),推薦設(shè)置為22.5度~30度,即使用HFSS的默認(rèn)設(shè)置即可;對(duì)于圓波導(dǎo),推薦設(shè)置為10度~15度;諧振器和諧振腔結(jié)構(gòu)對(duì)體積最為敏感,因此 “Normal Deviation”推薦設(shè)置為5度~15度。