Вопросы по HFSS Опции

[edc]

Есть несколько вопросов

1. При задании волновода с неоднородностью внутри
HFSS представляет волновод в виде бесконечного сочетания
участков с неоднородностью или считается, что слева и справа
идеальный волновод в котором проходит волна?

2. Учитывает ли HFSS эффект накопления поля (например, при
моделировании волновода с диэлектрической неоднородностью, S-параметр
прохождения получается больше единицы - чем это объясняется?)

[mikola1]

Есть несколько вопросов

1. При задании волновода с неоднородностью внутри
HFSS представляет волновод в виде бесконечного сочетания
участков с неоднородностью или считается, что слева и справа
идеальный волновод в котором проходит волна?

2. Учитывает ли HFSS эффект накопления поля (например, при
моделировании волновода с диэлектрической неоднородностью, S-параметр
прохождения получается больше единицы - чем это объясняется?)

1. Считается, что задавая порт, к последнему "присоединяется" полубесконечный волновод. Естественно, виртуальный волновод никаких неоднородностей не содержит, но граничные условия на виртуальный волновод накладываются такие же как и в сечении порта.

2. Требуется уточнить
а) Сумма квадратов или просто сумма?
б) А решение сошлось?
в) Параметры неоднородносодности не содержат отрицательный тангенс потерь?

[edc]

1. Считается, что задавая порт, к последнему "присоединяется" полубесконечный волновод. Естественно, виртуальный волновод никаких неоднородностей не содержит, но граничные условия на виртуальный волновод накладываются такие же как и в сечении порта.

Т.е. вы хотите сказать, что если моделировать
участок волновода с диэлектрическим параллелепипедом внутри
(неоднородность), задача сводится к заданию граничных условий
на краях (полубесконечный волновод - данный участок волновода).


Второй вопрос сводится к тому, что учитывает ли
HFSS резонанс в структуре?

[andybor]

2. Учитывает ли HFSS эффект накопления поля (например, при
моделировании волновода с диэлектрической неоднородностью,

Несовсем понятно, что вы имеете под понятием "накопление поля", возможно повышение плотности поля для некоторых участков модели с резонансной структуры или для областей с повышенной неоднородностью. Так HFSS без проблем справляется с этим. Она для этого и создавалась.

  S-параметр прохождения получается больше единицы - чем это объясняется?)

Похоже заданные вами порты находятся в районе с повышенной неоднородностью поля, в области резонанса. В хелпах написано, чтобы в месте назначения портов структура модели была однородна. Попробуйте удлинить водновод и назначьте заново порты.

[mikola1]

Т.е. вы хотите сказать, что если моделировать
участок волновода с диэлектрическим параллелепипедом внутри
(неоднородность), задача сводится к заданию граничных условий
на краях (полубесконечный волновод - данный участок волновода).

В вашем случае решение задачи сводится к решению граничной задачи (стенки волновода металлические !?) и нахождению электромагнитного поля внутри волновода. А ввод и вывод ЭМ волны происходит через порт. Волна идет по "виртуальному" полубесконечному волноводу и приходит в порт. Это делается для того, чтобы убрать ненужные (нераспостраняющиеся и быстро затухающие) моды в области порта.

Если на мои советы (а, б, в) учтены, попробуйте поступить, как посоветовал andybor. Это фактически нужно для устранения ненужных мод.

Второй вопрос сводится к тому, что учитывает ли
HFSS резонанс в структуре?

Конечно учитывает. Однако резонансную частоту можно проскачить при сканировании частот, если резонанс узкий. . Нужно хорошо задавать сетку частот.

P.S. Насколько мне известно, ну очень много внутренних задач электродинамики сводятся к граничным задачам.

[edc]

Похоже заданные вами порты находятся в районе с повышенной неоднородностью поля, в области резонанса. В хелпах написано, чтобы в месте назначения портов структура модели была однородна. Попробуйте удлинить водновод и назначьте заново порты.

Но, если удлинить волновод будут потеряны высшие типы
волн и S-параметры будут другими.

При моделировании в HFSS 9.1 распределения поля в волноводе с неоднородностью в виде параллелепипеда, (размеры вплновода Д*Ш*В: 19,5*9*10, размеры неоднородности 19*6,8*3,2) на частотах от 15 до 61 Ггц, график |S12| параметров имеет очень много пиков.
Чем это объяснить?

[andybor]

Но, если удлинить волновод будут потеряны высшие типы
волн и S-параметры будут другими.

Будут утеряны "паразитные", в областях портов, моды, а возбуждаемые во внутренних областях модели моды будут несомненно учтены в итоговом результате.

При моделировании в HFSS 9.1 распределения поля в волноводе с неоднородностью в виде параллелепипеда, (размеры вплновода Д*Ш*В: 19,5*9*10, размеры неоднородности 19*6,8*3,2) на частотах от 15 до 61 Ггц, график |S12| параметров имеет очень много пиков.
Чем это объяснить?

Объяснить это можно широкой полосой сигнала. Тем более у вас неднородность имеется. Основные и вырожденные моды, по каждой из свои S11,S21, плюс резонансы и пр.. Всё суммируется и в итоге.... .
Ну если, Вам, такая полоса требуется, то тут надо попотеть, хотя обычным волноводом тут не обойдешься. Сходите в библиотеку, по волноводам с диэлектрическими вставками много написано. У Капилевича Б.Ю. пара книг по таким фильтрам.

[edc]

Более того, если убрать неоднородность (остаётся волновод с идеальными проводящими стенками и вакуумным заполнением) на частотах от 15 до 61 Ггц, график |S12| параметров также имеет пики (хотя мы работаем выше критической частоты для основной моды). При моделировании аналогичной задачи (пустой волновод) в HFSS 5.6 график остаётся на уровне 1, что соответствует действительности. Чем это объяснить?

А можно еще вопрос: как смоделировать свободные колебания в цилиндрическом диэлектрическом резонаторе (было попытка разместить в центре цилиндра малый цилиндр (он определён как источник тока), частота - по рассчётной частоте. Но распределение поля не совпадает с распределением по аналитическим формулам)?

[mikola1]

А почему пики вызывают удивление? Наколько я понял, неоднородность имеет весьма большие размеры в длинах волн, порты размещены вблизи этой неоднородности. Тем более в версии 5.6 параметры задаются как частотнонезависимые и при моделировании в широком диапазоне частот про этот факт нужно помнить.

А можно еще вопрос: как смоделировать свободные колебания в цилиндрическом диэлектрическом резонаторе ...

В H*F*SS 5.6 кажется нельзя, в версии 9.1 можно. Там возможно установить режими моделирования
1) Driven Mode
2) Eigen Mode
Вот второй режим и нацелен на решение задач в резонансных структурах, учитывается добротность. Детально этот режим не изучал.

Несовпадения с аналитическими формулами можно объяснить тем, что аналитические формулы не учитывают реальные способы возбуждения (штырь, щель и т.п), но отличия не должны быть большими.

[edc]

Режим EigenMode предполагает начальное задание частоты (возможно, HFSS по данной частоте ориентируется на тип свободных колебаний).

[andybor]

Более того, если убрать неоднородность (остаётся волновод с идеальными проводящими стенками и вакуумным заполнением) на частотах от 15 до 61 Ггц, график |S12| параметров также имеет пики (хотя мы работаем выше критической частоты для основной моды). При моделировании аналогичной задачи (пустой волновод) в HFSS 5.6 график остаётся на уровне 1, что соответствует действительности. Чем это объяснить?
А можно еще вопрос: как смоделировать свободные колебания в цилиндрическом диэлектрическом резонаторе (было попытка разместить в центре цилиндра малый цилиндр (он определён как источник тока), частота - по рассчётной частоте. Но распределение поля не совпадает с распределением по аналитическим формулам)?

Не знаю, похоже у Вас ошибки в модели для 9-ой версии. Я наскоро прогнал отрезок волновода, можете посмотреть результат в "прицепе". Коэффициент передачи на уровне 1.
Для поиска резонансных частот и распределения полей в резонаторах используйте режим Eigenmode. Никакие "источники тока" не нужны.

Прикрепленные файлы

 s21.txt ( 7.88 килобайт ) Кол-во скачиваний: 977

 

[edc]

Да, видимо, ошибка в самой программе.

Извините, что задаю простые вопросы, но все же:

1. Если источник тока касается металлического объекта в модели, то считается ли, что сам металлический объект является источником тока (в прямом смысле, так как, очевидно, он является косвенным источником за счёт отражения)?

2. Если источник тока помещён между двумя заземлёнными плоскостями (perfect E > ground plane), то считается ли, что он закорочен с обоих концов на землю?

3. В HFSS возможно задавать число мод колебаний, которые будут найдены в решении. А как найденные моды (обозначаются mode 1, mode 2, ...) соотносятся с привычными: Еnm, Hnm , а также гибридными (они также включены в mode с каким-то номером)?

[sergag]

Привет всем!
Объясните, если не затруднит, что означает термин Lumped ports?
1. Как написано в хелпе, они подобны традиционным волновым портам, а чем отличаются от них (только сопротивлением, назначаемым пользователем)? При помощи подобных портов я могу задать сопротивление источника, задать нагрузку? А можно при помощи этого вида источников задать задать амплитуду импульса? (В хелпе говорится: «Terminal voltage lines are used to define voltages on port boundaries».)
2. Чем отличаются друг от друга Modal Solutions и Terminal Solutions?

[mikola1]

1. Если источник тока касается металлического объекта в модели, то считается ли, что сам металлический объект является источником тока (в прямом смысле, так как, очевидно, он является косвенным источником за счёт отражения)?

2. Если источник тока помещён между двумя заземлёнными плоскостями (perfect E > ground plane), то считается ли, что он закорочен с обоих концов на землю?

3. В  HFSS возможно задавать число мод колебаний, которые будут найдены в решении. А как найденные моды (обозначаются mode 1, mode 2, ...) соотносятся с привычными: Еnm, Hnm , а также гибридными (они также включены в mode с каким-то номером)?

1. А ошибку модели H*FFS не выдал? По идее, если объекты касаются друг друга и имеют одинаковые материальные параметры, то их нужно объединять и затем работать как с одним объектом. Если между объектами есть малые зазоры, то здесь будет возникать проблемы.

2. А разве бывает две разных земли?

3. Нужно смотреть на распределение электрического поля в сечении порта для каждой моды. А затем брать книгу по волноводам с описанием E- и H- волн, и смотреть на какой тип волн данное распределение похоже. Для примера можно посмотреть обыкновенный прямоугольный волноводе и взять например 3-4 моды (возбуждать нужно соответствующей длиной волны, меньшей Lambda критической). В принципе эти волны, не слишком больших mn, легко наблюдаются.

[andybor]

Привет всем!
Объясните, если не затруднит, что означает термин  Lumped ports?
1. Как написано в хелпе, они подобны традиционным волновым портам, а чем отличаются от них (только сопротивлением, назначаемым пользователем)? При помощи подобных портов я могу задать сопротивление источника, задать нагрузку? А можно при помощи этого вида источников задать задать амплитуду импульса? (В хелпе говорится: «Terminal voltage lines are used to define voltages on port boundaries».)

Lumped port переводится как - "Сосредоточенный порт". Кроме наличия назначаемого сопротивления отличается также одномодовостью.
Амплитуду напряжения источника возбуждения порта можно менять.

2. Чем отличаются друг от друга Modal Solutions и Terminal Solutions?

В хелпах достаточно ясно написано:

" Driven Modal Solution:
Choose the Driven Modal solution type when you want HFSS to calculate the modal-based S-parameters of passive, high-frequency structures such as microstrips, waveguides, and transmission lines. The S-matrix solutions will be expressed in terms of the incident and reflected powers of waveguide modes.

Driven Terminal Solution:
Choose the Driven Terminal solution type when you want HFSS to calculate the terminal-based S-parameters of multi-conductor transmission line ports. The S-matrix solutions will be expressed in terms of terminal voltages and currents."

Короче, когда у вас в плоскости порта имеется несколько связанных линий, и вам надо вычислить S-параметры относительно входов каждой из этих линий, то вам, без Driven Terminal Solution, не обойтись.