HFSS模型2中需要定义波端口和集总端口D平面上，但是不同模型在设计激励时选择什么激励端口呢？具体设置两个端口的操作步骤是什么？本推文逐一介绍了这些问题，希望能激励读者。
两个端口简介
许多初学者正在使用它HFSS软件进行电磁仿真时，都会在端口激励上有一些疑惑——为什么要在这里使用波端口？在什么情况下会使用集总端口？听说波端口模拟要准确一点？对于这些问题，必须从两个端口的使用场景和特点入手。对于端口激励，HFSS帮助文档有更详细的解释和设置方法。这条推文只是信息的二次处理，便于传播给观众。
言归正传，相信很多读者都是从一本软件培训书开始学习的，跟导这个入门实例开始学习的。当跟着指导书建立波端口并设置积分线的时候，很多初学者应该就有点一知半解、囫囵吞枣了。然而，在学习了传输线和波导理论后，很容易理解：电场可以通过模拟获得。如果不是匀强电场，则不能应用公式U=Ed，此时需要对电场进行积分才能得到电压，所以要有积分线。通过积分公式，将积分线的方向定义为电场的正方向∫Edl可以解决端口电压。在计算某些值时，应使用端口电压参数。例如，在计算端口阻抗时，如果已知端口上的电压和电流，可以通过公式Z=U/I计算出口阻抗。
对于波端口（Wave port）就设置项而言，但支持功能也更多。例如，计算端口的特征阻抗(微带线、带状线、波导等)。)，多模式求解(如矩形波导TE10，TE11等模式），Deembed(去嵌技术，端口平移)。相比之下，集总端口（Lumped port）设置项相对简单。用户只需设置积分线并指定端口的特征阻抗，但该激励方法只能解决单一模式 (TEM或者准TEM模式) 激励结果。
在实际的建模模拟中，我们需要根据两个激励端口的功能特性灵活地应用于不同的场景。例如，上述T波导只能使用波端口激励。如果您想观察高模型激励，您还需要指定积分线，并选择设置解决方案数。此外，对于微带线、带状线等微波传输线特征阻抗计算只能用波端口激励解决，并在后处理中观看Port Zo。然而，当只考虑单一模式激励时，一些开放结构，如下图所示的天线，不能使用波端口激励。
对于不考虑巴伦和理想馈电的阿基米德螺旋天线，可以设置总端口进行粗略模拟。如果需要制作实物，则应添加巴伦（实现非平衡-平衡馈电）和SMA/SMP射频连接器（同轴-微带转换）。因此，我们需要将整个模型(包括射频连接器)放在一起HFSS建立在软件中，连接器末端的端口可以直接设置为50欧姆总端口激励，亦可设置波端口单模激励(积分线不能设置，TEM主模式激励）。如果连接器的内外径和内绝缘子的特征阻抗为50欧姆，则两者的模拟结果基本相同，否则不是。
但当同轴尺寸设置不合理时，高频段也会出现高次模，如TE11模式，请参考阅读文章了解常用的微波传输线（1）。如果早期模拟只设置单模激励，但实际模式较高，影响不容忽视，则其实际性能将与模拟不同。
02 波端口的基本原理和使用
默认情况下，波端口周围采用理想导体边界条件，因此，波端口可以直接定义在其终端横截面上，波端口需要与空气盒边界接触(设置为Radiation或者PML或金属物体(用于边界条件)确定激励方向，但需要注意的是，不建议在阵列天线等多端口模型下使用这种方法！可能会引入附加反射相位。因此，当给口配置扫描差异时，方向图将不同于理论值。如果使用射频连接器给天线供电，可以设置50欧姆集总端口供电)。如果只考虑主模传输，可以不定义积分线。
此外，还需要明确波端口的参数设置激励模式数、积分线、特征阻抗类型、Mode Alignment and Polarity、端口阻抗归一化和Deembed去嵌处理。
先说特征阻抗的设置。HFSS波端口的特征阻抗有四种选择(Zpi、Zpv、Zvi 和 Zwave)，选项 Zpv和Zvi只有定义一条积分线才会出现。TEM在外部模式下，这三个数量给出不同的结果，因为电压不是唯一的，结果与计算电压的路径有关。Zwave严格地说，它只适用于均匀导。
接下来，阐述了这四种特征阻抗的定义：
- 波阻抗定义为电场振幅与磁场振幅之比，具有阻抗大纲，故称波阻抗；矩形波导主模TE10的波阻抗与窄边b无关。但两个宽边相等而窄边不同的波导相连接，会发生很大反射，因此波导阻抗相等并不能保证无反射匹配
- 等效阻抗可根据等效电压等效电流和传输功率三种情况定义(Zpi、Zpv、Zvi)：
从以上公式可以看出，四种特征阻抗只差一个系数。因此，对于不同类型的传输线路，要进行良好的阻抗匹配设计，应统一为特征阻抗。
对于Mode Alignment and Polarity这个选项，默认选择第一个小项(Set Mode Polarity Using Integration Line)-利用积分线设置模式的极化。
波端口激励假设与半无限长矩形波导相连，因此波导尺寸越小，截止频率越高，单模传输越有利。但对于微带、带状、共面波导等结构开放或半开放电磁场不完全束缚在导体和参考地之间，一些电磁能量会辐射到传输线周围的空气和介质中，因此，设置的波端口需要足够大的尺寸，以避免电场耦合到波端口的边缘，影响传输线的特性。但波端口的尺寸不应太大，其宽度和高度不得超过工作波长的一半，否则会刺激矩形波导模式，从而影响计算的准确性。
对于简单的微带线、带状线和共面波导传输线，可参考下图。当然，您也可以尝试将波端口的宽度和高度设置为变量进行扫描。当端口阻抗接近收敛时，此时最好设置端口。
除此之外，也可以通过看HFSS为了判断端口尺寸是否合适，需要解决波端口表面的场分布。如下图所示的微带线结构，如果波端口尺寸大小设置合理，则观看Port Field Display可以发现，电场集中在微带线和地面之间，波端口边界几乎没有场分布。相反，如果端口尺寸过小(宽度过窄或高度不足)，波端口的边界也会有很多电场分布。
接下来，我们来谈谈波端口设置Deembed(去嵌技术，端口平移)。Deembed指去嵌，如矢量网络分析仪TRL校准法将测量端口面平移到真实待测物体，称为去嵌。
如果包含在仿真模型中均匀传输线的电长尺寸，然后就可以用了Deembed长传输线的结果是通过短传输线的结果来计算的。假如传输线是无用的，Deembed如果传输线有耗，只改变S参数的相位，HFSS将传输线的损耗自动修正到结果中，而无需在求解模型中建立这些传输线，从而节省求解时间。
例如，在粗略评估以下毫米波雷达收发天线的性能时，不需要添加完整的馈线部分，可以使用Deembed该功能扩展了结果，以计算长传输线的结果。然而，在馈线和接收阵列之间存在电磁耦合。最后，在评估整机时，将完整的馈线部分添加到模拟模型中，以识别一些潜在的技术风险。
最后，简要介绍了端口阻抗的集成。对于单端口激励模型，阻抗是否集成并不影响端口反射系数。传统的散射参数也针对每个端口具有相同特征的阻抗，但对于多端口系统，波端口设置中的端口阻抗集成需要提到广泛的散射参数。在微波工程的第四章中，得出了以下公式：
因此，我们可以通过上述公式将具有相同特征阻抗的S参数转换为具有不同特征阻抗的网络。但在大多数情况下，我们无需检查波端口设置中的端口阻抗归一化（Renormalize all mode），保持Do not renormalize就这样。即使是多端口系统，如阵列天线，在实际使用中，激励端口和负载也采用50欧姆标准，我们不需要指定每个端口集成到值。
03 收集总端口的基本原理和使用
波端口的特性阻抗与其接触的传输线一致，可作为理想的匹配载荷（Edit Sources设置端口激励范围为0)。集总端口需要人工设置端口阻抗（可复阻抗，HFSS15.0和Ansys20.这两个版本的设置有一点不同)，当它们与传输线的特性阻抗不一致时，端口表面会反射。此外，集合总端口必须设置积分线特征阻抗类型固定Zpi形式。
对于总端口，端口尺寸也有限制：建议长度和宽度为0.一个工作波长以内。设置此类端口激励时，必须和解其起点和终点PEC或与金属导体材料的物体接触(软件将自动检测与Port表面接触带线和同轴线的集总端口设置示意图。需要注意的是，集总端口不需要端口面与背景边界或导体接触，如波端口。
作者：微波天线工程师：
来源：https://www.rfask.net/article-646.html
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