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        鐵打的DeltaS=0.02,流水的HFSS版本

        發布人:電巢 時間:2022-10-11 來源:工程師 發布文章

        現在用到的HFSS最老版本是6.0,運行在Unix系統中,看起來是昂貴的高大上Sun工作站,也許10萬人民幣一臺,但卻是命令行式的建模操作。

        從HFSS8.0開始,慢慢轉到Windows系統,圖形化界面,菜單式建模操作,當年的硬件條件:單核奔騰CPU主頻大概在300MHz,運行內存1G,普通電腦大概1萬人民幣一臺。

        為了適配當時的硬件環境,兼顧仿真速度和仿真精度,HFSS缺省設置DeltaS=0.02。或者說 ΔS = 0.02。

        摩爾定律,星轉斗移。同樣的價格,估計現在的主頻升到原來的10倍,CPU到64核心,運行內存提升了100倍以上,HFSS經歷了十幾次版本升級,但DeltaS缺省值仍然是0.02。


        關于Passes、DeltaS、仿真精度、收斂

        可以用一幅圖形象地描述這幾個概念的關系,一看就懂:

        image.png


        S參數有幅度和相位,用歐拉公式可轉化為復平面上的實部和虛部,上面是用復平面內表示S參數矢量的,DeltaS自然也是矢量。

        綠色粗箭頭表示第n次剖分求解得到的某個S參數;

        藍色細箭頭表示某個具體的模型第n-1次剖分求解得到的同一個S參數;

        每一個紅點都表示不同的模型在第n-1次剖分求解得到的可能的S參數(Passible S)

        紅色細線就表示矢量減法計算出來的DeltaS

        隨著仿真次數Passes的增加,網格剖分越來越細,仿真精度越來越高,Sn越來越與真實的S參數接近,于是DeltaS模值也越來越小,也就意味著S參數越來越收斂。


        Delta S定義

        Delta S本質上是第n-1次求解得到的S參數與第n次求解得到的S參數之矢量差的模值的最大值。非常拗口。

        公式如下:max|ΔS| = max|Sn-1-Sn|

        絕對值符號表示模值,定義成一個矢量在復平面(或極坐標平面)上到圓點的距離。

        下圖表示設置不同的ΔS,求解得到的S參數與可能的S參數之間的關系。

        image.png


        將上圖右上方的紅色小方框放大,并且用S參數(電壓響應)模值(線性)展開成下圖:

        image.png


        天線振子只有一個端口,所以只看S11的ΔS,無所謂ΔS最大值max。如果是兩端口的傳輸線,則有4個S參數,那就找這4個S參數中的ΔS最大值max。

        所以單端口模型的仿真有較大的幾率出現“假收斂”,因此在HFSS中要設置最小收斂次數為2或3或4,看情況而定:

        image.png


        ΔS對仿真精度影響的真實案例

        下圖是一個網格地平面的微帶線阻抗TDR仿真,隨著DeltaS的不同,則阻抗有1.5歐的差異。

        image.png


        下圖是某模型仿真Waveport端口阻抗的情況,可見DeltaS的不同,端口阻抗有較大的誤差:

        image.png


        DeltaS=0.02,則端口阻抗誤差達到6%。

        下圖是匹配良好的理想微帶線的回波損耗S11與ΔS的關系:

        image.png


        紅色線DeltaS =0.017,仿真得到的S11=22dB,匹配良好的理想微帶線來說,精度是不夠的。

        匹配良好的理想微帶線,S11至少要優于30dB吧。

        前幾篇文章反復提過:25dB定向性指標的微帶雙線耦合器,各端口S11測試值至少要優于30dB,才不會影響測試精度。


        總結

        可見鐵打的DeltaS = 0.02,這個缺省設置有問題。

        ΔS = 0.02一般用于模型前期優化階段的粗略仿真,效率優先;

        ΔS = 0.005甚至0.002,用于后期定型投板的精細仿真,精度優先;

        對于數量較少的端口,要在HFSS中設置最小收斂次數為2或3或4;


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        關鍵詞: Deltas

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