segmen%2020.jpg

• Get Started
• Create 3D Model and Lump Port Excitation
• Analysis Setup
• Create Reports
  4.1 Solution Data
  4.2 S-Parameter (S11)
  4.3 Z-Parameter (Z11)
  4.4 Smith Chart
  4.5 3D Polar Far Field
  4.6 Current Return Path
  4.7 Emission Test Report
  4.8 Field Overlay
  4.9 TDR
• 問題與討論
  5.1 此例如果改成wave port，該怎麼做? 結果是否相同?
  5.2 Step 2.5若把air box，從PML改成Radiation boundary，有何差別?
  5.3 Segmented plane對TDR貢獻的效應是凸還是凹? 為何穩態沒有回到50 ohm?
  5.4 如果把傳輸線下方的地分割槽補起來，3D far field radiation、current return path、 TDR有何不同?
  
  

• Get Started
  
  

Please refer to Stripline Differential Pair step1, but select [Modeler Units] as "cm".

• Create 3D Model
  
  

目標是模擬線寬W=3mm、線長13.6cm的microstrip line，跨過6mm寬、4cm長的橫切segment，此時的3D輻射場狀態與特性阻抗(TDR)。為了模擬加速，此例忽略傳輸線的實際厚度，僅以PerfectE的boundary condition來表示trace。

2.1 假設各位讀者對於3D modeler都已經夠熟悉，在建模的步驟上僅重點提示

Ground plane與trace都是畫sheet，然後用[HFSS]  [Boundaries]  [Assign]  [PerfectE]，指定其邊界條件

2.2 傳輸線的一端，畫一小塊sheet，re-name as "source"，指定Excitation為lump port

[HFSS]  [Excitations]  [Assign]  [Lumped Port]

2.3 傳輸線的另一端，畫一小塊sheet，re-name as "resistor"，指定boundary為lumped RLC的47 ohm resistor，並指定電流方向

[HFSS]  [Boundaries]  [Assign]  [Lumped RLC]

電流方向在指定reference plane與source電壓正負(Edit Source)時就已經決定，所以這裡R上的的電流積分線方向， 只是決定積分路徑，就算是反過來也不會影響模擬結果。

2.4 設Free space (air box)

Free space的大小，其實官方有建議：此例for PML我們取2GHz的l/10約1.5cm

PML (Perfectly Matched Layer)比起radiation boundary能吸收較大角度的輻射波，所以如果是做輻射較強的設計分析(如天線)，建議用PML

2.5 設PML (Perfectly Match Layer)

Select the air box first, then

[HFSS]  [Boundaries]  [PML Setup Wizard]

PML的厚度若要可調，請在此步驟中，把[Uniform Layer Thickness]設變數即可

     Uniform Layer Thickness取多少，可以按[Use Default Formula]得到建議值

Minimum Radiation Distance要取多少，可以按[Use Default Formula]得到建議值

2.6 Radiation Setup

Edit  Select  Faces

Edit Select  By Name, select all faces of "air"

[HFSS]  [Radiation]  [Insert Far Field Setup]  [Infinite Sphere]

必須先有radiation boundary或PML，才有辦法建立Radiation Setup，這指的是3D far field plot會以怎樣的角度觀察場

若Theta改成只設0~180 deg，3D polar plot看來沒變化，那只是tool沒更新，請重畫一次3D polar plot即可

• Analysis Setup
  
  

3.1 Add Solution Setup

[Enable Iterative Solver]意指當[Order of Basis Functions]選擇[Zeroth Order]以外的選項時，幫你判斷是否可以用next lower-order來做。建議選[Mixed Order]，加 [Enable Iterative Solver]，在多數的情況會 節省記憶體與加快模擬速度

[Enable Use of Solver Domains]是分散式處理(DDM)才用的

3.2 Add Frequency Sweep

當Frequency Sweep從0Hz開始，且Sweep Type不是選[Discrete]時，就會出現[DC Extrapolation]可以外插出低頻的S參數特性

3.3 Run Analysis

HFSS  Validation Check

HFSS  Analyze All

• Create Reports
  
  

4.1 Solution Data

[HFSS]  [Results]  [Solution Data]

4.2 S-parameter (S11)

[HFSS]  [Results]  [Create Terminal Solution Data Report]  [Rectangular Plot]

4.3 Z-parameter (Z11)

[HFSS]  [Results]  [Create Terminal Solution Data Report]  [Rectangular Plot]

如果我們選mag來看Z11，則結果如下：mag=(re^2+im^2)^0.5

4.4 Smith Chart

[HFSS]  [Results]  [Create Terminal Solution Data Report]  [Smith Chart]

4.5 3D Polar Far Field

[HFSS]  [Results]  [Create Far Fields Report]  [3D Polar Plot]

4.6 Current Return Path

Select the ground plane and trace both first.

[HFSS]  [Fields]  [Plot Fields]  [J]  [Mag_Jsurf]

可以看出電流在傳輸線上，經過不連續的地後，明顯衰減

4.7 Emission Test Report

如果要得到far field，在step3.2的add frequency sweep必須選[Discrete]，才可選[Save Fields (All Frequencies)]

這是因為[Interpolating]為了求解速度，sweep frequency求解過程中，並沒有存場

[HFSS]  [Results]  [Create Far Fields Report]  [Rectangular Plot] (這是看radiation plot)

[HFSS]  [Results]  [Create Emission Test Report]  [Rectangular Plot]

代表一個1V的AC訊號(可從Edit Source指定)，從source打出0 Hz掃到2.5GHz時，1M遠場量到的dBuV。此例對於一個0.8GHz以上的訊號，即有很強的遠場輻射

4.8 Field Overlay

Edit  Select  By Name (board)

HFSS  Fields  Plot Fields  E  Mag_E

Edit  Select  By Name (ground and trace)

HFSS  Fields  Plot Fields  Other  Vector_Jsurf  (電流分佈A/m)

Edit  Select  By Name (ground)

HFSS  Fields  Plot Fields  Other  Vector_RealPoynting  (能量分佈W/m^2)

4.9 TDR

[HFSS]  [Results]  [Create Terminal Solution Data Report]  [Rectangular Plot]

• 問題與討論
  
  

5.1 此例如果改成wave port，該怎麼做? 結果是否相同?

Ans：取一個適當大小的sheet當wave port，且此例的wave port因為是internal wave port，所以外側要加一個[pec]導體。

檢查S11的模擬結果，與step4.2的模擬結果相比，相同

檢查TDR的模擬結果，與step4.9的模擬結果相比，相同

5.2 Step 2.5若把air box，從PML改成Radiation boundary，有何差別?

Ans：改成Radiation boundary的同時，也將air box擴張到離object 3cm。場型與step4.5幾乎相同，最大強度則略小(7.28->6.78e+02 mV)

5.3 Segmented plane對TDR貢獻的效應是凸還是凹? 為何穩態沒有回到50 ohm?

Ans：因為不連續的return path增加了loop inductance，所以從step4.9的TDR結果可以看出凸起的(寄生電感)效應很大；又本例的傳輸線是以47 ohm終端，所以TDR的穩態值回到47 ohm。

5.4 如果把傳輸線下方的地分割槽補起來，3D far field radiation、current return path、 TDR有何不同?

Ans：S11在-15dB以下，比step4.2明顯改善，且可看出 週期性諧振頻點(與線長有關)

3D far field radiation輻射強度約少一個scale

可以看出電流在傳輸線上傳遞，沒有明顯衰減

TDR看出此例的傳輸線特性阻抗大約是40 ohm

Emission Test Report：對於一個2.3GHz以上的訊號，才有很強的遠場輻射，(比起step4.7)從1G~2.3GHz輻射強度降低約20dBuV

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