Ansoft_HFSS教程 Ansoft_HFSS帮助文档翻译 chapter5

5设立问题Setting Up the Problem 建立了天线问题的几何模型后，你将准备定义材料特性，端口和边界条件。 你在这章的目的如下：l 给几何模型中的所有模型物体包括实际物体和虚拟物体）分配材料特性。l 定义端口。波将通过端口进入喇叭。l 定义边界条件，如辐射边界条件和对称边界条件。 时间： 完成这章所需的总时间大约是15分钟。分配材料 为了彻底地设立天线问题，你必须给几何模型中的每个三维物体分配材料特征。为了给此问题中的物体设置材料特性，你将给喇叭和方盒分配真空。开启材料管理器 开启材料管理器：l 选取Setup Materials，将出现如下所示的Material Setup窗口。 所有物体在此问题中，有horn和abc）被列在Object方框中。材料数据库中的材料被列在Material方框中。材料数据库是由软件提供的。材料特征被列在Material Attibutes下。给horn和abc分配真空给喇叭和方盒分配真空。你将用理想E边界模拟喇叭表面的理想导体，用辐射边界模拟方盒上的吸收边界。 给两个物体分配真空1. object列表中选取horn和abc。两物体被加亮以表示它们被选取。注意： 选取Multi.Select为缺省值，这样你就可以选择多个物体。如果它没被选取，请选取它。2. Material列表中，Vacuum被选为缺省值。如果没有，请选取它。3. 选取Assign。这样，材料被分配到了物体中，并且它的名称出现在Object列表中的Material下面。注意到当你分配材料时，Solve Inside在Object列表中表示为SlvIn）被设为Yes。这表明Ansoft HFSS将在物体内部产生网格。并从网格产生解答。一般情况下，对电导率小于105西门子/米的所有物体，系统自动设定SlvIn为Yes。退出材料设置 退出材料管理器1. 选取Exit。你将被提示保存材料分配。2. 选取Yes。材料分配被保存了。 你回到了Execute Commonds窗口。在Setup Materials附近出现了一个复选标记，这表明所有物体已成功地被分配了材料特征。设置端口和边界 分配材料特性后，你必须定义端口和边界条件。这指明了进入结构体的激励信号，模型中不同表面的电磁性能和任何特殊的表面特征。端口 端口定义为暴露于不存在的材料的表面（一般为背景物体或定义为理想导体的材料）。通过端口，激励信号能进入和离开这个结构体。 在此问题中，需要一个端口。使用Setup Boundaries/Sources命令，此端口可以被定义，并代表信号进入和退出这个模型。边界条件 边界指明了不同表面的电磁场特性。它们也能用来识别特殊的表面，如电阻其特征与默认值不同）。在此问题中，要用到四类边界条件。l Radiation 这类边界模拟了开放的表面或远离器件而无限扩展的表面。l Perfect E 这类边界强制电场垂直表面。喇叭的表面定义为理想E边界。它可以模拟理想导体表面。注意： 喇叭暴露于背景物体的部分不需要明确地定义为理想 E边界。由于背景物体被默认为理想导体。因此，喇叭的这部分包围于电壁中。然而，喇叭于物体abc相交的部分需要被定义为理想E边界。l Symmetry 在有对称电磁平面的结构体中，可以通过建立原问题模型的一半而使此问题得以简化。这个暴露的对称平面可以看作是理想H边界或理想E边界。对于此问题，使用理想H对称边界。l Perfect H 这类边界强制了在边界两边的切向分量相等。只有喇叭口被分配这类边界。因为喇叭口定义为理想H边界，电场将通过它辐射出去。反之，电场不能辐射出去，并且信号将终止于喇叭口处。在喇叭的底部面的端口对称面喇叭口处的理 想H边界辐射边界交界处的理想E边界开启三维边界管理器选取Setup Boundaries/Source。3D Boundary Manager窗口出现，如下图所示：定义端口此问题中，端口覆盖了喇叭窄部分的端面。选取表面作为端口 为端口选取一个面：1. 用鼠标点击代表端口的表面。注意到代表二维横截面被加亮了。当所选的面不是正确表面时，你需要选取在这个面之后的面。2. 点击鼠标右键，然后出现了一个菜单。3. 从菜单中选取Next Behind热键N）。现在喇叭的端面被选取了。在定义边界时，Next Behind是一个很有用的命令。如果没有这个命令，就很难选取内部的面。说明：选取正确面还有其它的方法。例如，你可以旋转模型直到能 看见要选的面，或者可以用Edit/Select/By Name的命令，并选取Face41。为端口定义参数既然你已经选择了作为端口的面，就要为端口输入参数，并将这些参数分配给以选择的面。 给所选面分配端口：1. 在一般情况下，Port应被选作为Source的类型。选取Source 和Port。2. 在Name栏输入port1。Ansoft HFSS需要所有端口以port#命名。3. 由于此问题不需要多模、极化电场、阻抗线或校准线，所以对这些设置默认值。4. 在Imped Multiplier 栏输入0.5。这将此问题中的乘法器改 为了0.5。由于用到了理想H面，此问题有相同的电压， 但其功率流只有全部结构体中的一半。因此，Ansoft HFSS需要将计算所得的阻抗减半。5. 选取Assign。新的端口出现在边界列表中的Name下方。边界或源的类型出现在Assigned下方。定义理想E边界下一步，把喇叭和方盒间的交界处定义为理想E边界。在理想E边界上的切向分量为零。喇叭的主要部分自动地定义为理想E边界，因为它暴露在背景中。缺省情况下，所有暴露于背景中的外表面均看作是理想电导体，即她们定义为理想E边界。因此，直到你指明了端口位置，就可以想象整个几何模型包围在薄薄的理想导体中。 把交界面定义为理想E边界：1. 选取Edit/Select/Faces Intersection，会出现了如下的窗口：选取horn和abc。注意： 你不能选取背景物体和模型物体间的交界面。背景物体中没有内部面不可以被选取。这个限制也适用于一个物体完全包含另一个物体的情况。仅仅当一个物体部分地重叠于另一个物体时，才允许选取两个物体的交界面。在那种情况下，当你减去第一个物体时，在第二个物体上会产生内部表面。2. 选取Pick Intersection挑选交界面）。你将被警告这个操作可能要花一些时间。3. 选取Yes。喇叭和方盒的交接区域就被选取了。4. 选取Done（完成）。5. 选择Boundary作为条件类型。然后，选取Perfect E作为边界类型。6. 输入intersection作为边界的名字。7. 选取Assign。名为intersection的新的边界出现在列表中。定义理想H边界下一步，定义喇叭口处的端面为理想H边界。理想H边界强制边界两边的磁场切向分量相同。对于内部平面，它产生了场传播通过的自然边界。对于模型外表面的平面，它产生了一个模拟理想磁导体（磁场的切向分量为零）的边界。这允许电场通过喇叭口向空间辐射。注意： 定义边界的顺序很重要。每次分配边界会覆盖原有与它重叠 的边界。例如，定义喇叭口为理想H边界，然后定义喇叭与 方盒间的交界面为理想E边界，这样会使喇叭口变为理想E 边界，因为它是交界面的一部分。作为一般规则，先定义大物体，再定义小物体。然而，端口总是在最后定义。 在喇叭口处定义理想H边界1. 选取喇叭口处的端面。你用下面方法中的一种选取：n 用鼠标和Next Behind命令。n 用Edit/Select/By Name，从horn中选取Face40，并选取Done。2. 选取Boundary作为条件类型。3. 从边界类型菜单中，选取Perfect H/Natural。4. 输入aperture作为边界名称。5. 选取Assign。下面的警告信息会出现，它告知你边界重叠了。6. 选取Ok以确认此信息。理想H边界就被分配到了喇叭口。定义对称平面当你定义一个对称面时，你必须决定用哪种类型的对称边界，是理想E或理想H对称边界。一般情况下，用下面的准则来决定用哪种类型的对称面：l 如果电场垂直于对称面，使用理想E对称面。l 如果电场相切于对称面，使用理想H对称面。下图中的简单二端口矩形波导说明了两类对称边界的差异。图中显示的是主模电场（TE10）。波导有两个对称面，一个竖直通过中心，另一个水平通过中心。l 水平对称面是理想E面。电场垂直于此对称面，磁场平行于此对称面。l 竖直对称面是理想H面。电场平行于此对称面，磁场垂直于此对称面。TE10模的电场理想E对称面理想H对称面因为天线有一个竖直对称面，电场与表面相切，所以使用理想H对称边界。 定义对称面。1. 选取组成对称面的三个面，其中一个面在方盒上，另两个面在喇叭上。说明：为了检查是否正确选择了这个面，用Edit/Select/By Name命令。当你已经选取了此物体时，当前被选取的面的名称会被加亮。在horn中选取Face42，在abc中选取Face68。2. 选取Boundary作为条件类型。3. 从边界类型菜单中选取Symmetry。菜单下方的区域会出现复选框，它允许你选取对称面的边界类型。4. 选取Perfect H作为对称面的类型。5. 在Name栏输入Symmetry。6. 选取Assign。此边界出现在边界列表中。定义辐射边界为了模拟开域问题（开域问题允许波辐射到无限远空间，如天线模型）。这个系统在辐射边界吸收波，其本质上是表示边界无限远离结构体。辐射边界模拟了代表开放空间的表面。能量可以从这些边界辐射出去，而不是被限制在边界里面。定义虚拟物体的表面为辐射边界。仅仅定义外部面为辐射边界，不包括被定义为对称面的面和减去喇叭时产生的内部面。 定义辐射边界1. 选取abc中剩下的5个面，因为你已经将第6个面定义为对称面了。这些面分别对应Face63,Face64，Face65，Face66和Face67。2. 选取Boundary为条件类型。3. 从边界类型菜单中选取Radiation。4. 在Name栏中输入radiation。5. 选取Assign。该边界出现在边界列表中。显示边界1. 选取Model/Boundary Display。当你选取这个命令时，会产生初始的粗糙网格，这样系统可以识别端口表面。当网格产生时，会出现步进条。产生初始网格后，会出现如下的Boundary Display 3D窗口：注意到由系统和用户定义的边界的名字出现在Boundary列表中。 outer是系统定义的边界，它表示模型物体和背景物体的交界面。2. 从Boundary列表中选取port1。它的可视状态列在Visible下方， 所选边界的类型列在Type旁边。3. 对颜色设置默认值。4.