旗艦軟體

線上影音

Home > ANSYS HFSS 教學 > Wave Port

 

本文始於2009年，並於2019年更新，目的是介紹HFSS wave port (附HFSS 2019 R1範例)。This article started in 2009, and is revised in 2019. It is intended to introduce HFSS wave port (HFSS 2019 R1 examples attached).

  1. Introduction

  2. Wave port calculate Zo

  3. Wave port is external port

  4. Wave port size affect the result

  5. Wave port is for the uniform cross-section

  6. The edges of wave port is PEC (Perfect_E)

  7. Wave port can change the length of Tline with de-embedded

  8. Wave ports consider the multi-port coupling between port terminals

  9. Max. number of wave port terminals  is 25

  10. 問題與討論Q&A

    10.1 Wave port與lump port何者較準?

    10.2 為何某些例子，Lump port勾"de-embed"其結果還是(反而)與wave port有差異?

  11. Reference

  1. Introduction

以一條傳輸線來說，若以Lump port來激發，其概念就是接到該net的電壓/電流線(edge)激發源；若以一個wave port激發，其概念就是接到該net的面激發源(如同一個wave guide饋入能量)，其描述在傳輸線輸入端的整個平面空間的電磁場饋入現象。

Lump mode是解電壓/電流，而Wave port是解"能量"(power)。Lump port不能太長，同樣wave port size也會影響求解結果。

從以上描述不難理解，若Wave port所在的平面空間不夠大，將導致傳輸線周圍的電力線與磁力線涵蓋不夠，所以整個模擬值會偏差較大。

  1. Wave port calculate Zo

只有wave port可計算/顯示port端特性阻抗。

以線寬W=6mils、線距S=3W=18mils、線長4000mils的傳輸線為例，堆疊結構則是線銅厚T=1.4mils，訊號線放在高度H=58mils的substrate上(Microstrip)，介電係數Er=4.25，有reference plane。(典型兩層板疊構)

Before checking the Zo of Port, Please disable/uncheck wave port renormalize as below.

  1. Wave port is external port

Wave port是external port，一般貼於outer boundary (air box)，如果要像lump port一樣當internal port用，必須在wave port外側加一個金屬蓋子(copper/PEC cap)，以指定wave port饋入能量的方向。(加金屬蓋一側的方向表示能量被擋住)

  1. Wave port size affects the result

Wave port平面的大小，不能太小， 建議符合以下rule

4.1 如果把2的例子，wave port size改小，雖然S參數完全沒影響，但會得到較小的埠端特性阻抗 (不說還真不會注意到呢)

4.2 Wave port平面也不能太大， 否則會引入額外的模態(mode)

wave port size不是越大越好

  1. Wave port is for the uniform cross-section

5.1 Wave port由於是一種wave guide饋入能量的概念，能量饋入端的截面必須是相同的，以下兩種結構就不能直接下wave port (validation check會過，也解的出S參數，但曲線明顯是錯的)

以Driven Modal+Wave port解Horn antenna時，要設多階模態，並且掃頻範圍不能設太低。

5.2 正確作法是，先延伸一段實心導體長度(e.g. 0.1mm)，求解完成後再用wave port de-embedded把這段長度所貢獻的扣掉

  1. The edges of wave port is PEC (Perfect_E)

這特性常被我們用來對Strip Line下port，這樣傳輸線不但會同時參考上下兩平面，上下平面也因wave port edge而自然連接(short)。

HFSS安裝路徑下有個範例C:\Program Files\AnsysEM\AnsysEM19.3\Win64\Examples\HFSS\Transmission Lines\differential_stripline.aedt

  1. Wave port can change the length of Tline with de-embedded

Wave port與Lump port都有de-embedded功能可勾選(在port property內)，但兩者意義不同。前者可對傳輸線長度做伸縮，後者是去掉lump port所貢獻的寄生電感。

在HFSS內做傳輸線模擬，建議使用wave port de-embedded，不只可以節省模擬時間，還可避免因網格質量不夠好所造成的S參數失準。

如果將本文第2節的例子，從wave port de-embedded換成實際4000mils長度的結構以HFSS解，其S參數如下

別以為沒有使用wave port de-embedded只是求解時間較長而已，反正結果都一樣。那是本文例子的參考平面沒有使用實體厚度的薄金屬導體，所以算運氣好。請參考HFSS an005，在該文所討論的案例中，有沒有使用wave port de-embedded對看傳輸線TDR的結果，就比較容易看出差異。

  1. Wave ports consider the multi-port coupling between port terminals

Wave port可以考慮port端場的真實狀況，含電力線流梳(fringe, edge effect)，不像lump port的port端電場只是單純的從上到下，所以wave port會考慮相鄰線間的port端耦合(differential port)。

如果將本文第7節的例子，從Wave port改Lump port，明顯可看出埠端電場不同

Lump port並非使用de-embedded去掉寄生電感效應就可以得到跟wave port一樣的結果，前提是必須滿足"lump port"不能太長

  1. Max. number of wave port terminals  is 25

  1. 問題與討論Q&A

10.1 Wave port與lump port何者較準?

Ans：只要lump port夠短(可以不考慮邊緣效應或側向耦合因素)，lump port是可以做到跟wave port一樣準的。

所以與其問Wave port與lump port何者較準?不如說您是否清楚wave port與lump port使用上的特性。好的lump port是寬寬短短的，好的wave port框出的wave port size必須是合宜的。

10.2 為何某些例子，Lump port勾"de-embed"其結果還是(反而)與wave port有差異?

Ans：這現象通常在Lump port較長的例子上。

如本文第8節所示，兩層板疊構的案例，發現Lump port勾"de-embed"後，從S參數變化的趨勢來看，似乎修正過頭了。如果把H從58mils改成10~14mils (典型四層板疊構)就會發現wave port與lump port with de-embed結果可以完全貼合。

  1. Reference

[1] J.R. Miller, "Examining The Impact of Split Planes on SI, PI", DesignCon2009