hfss边界条件讲解

HFSS 边界条件和端口激励讲解

概述：

Ansoft HFSS 求 解就是对微分形式的麦克斯韦方程采取有限元方法进行数值求解，在场矢

量和导数是都单值、有界而且沿空间连续分布的假设下，这些方程才可以使用。在边界和场

源处，场是不连续的，场的导数变得没有意义。因此，需要边界条件确定跨越不连续边界处

场的性质。边界条件对理解麦克斯韦方程是非常重要的，同时也是求解麦 克斯韦方程的基

为外面有一层很薄而且是理想导体的材料。因此当实际边界不是理想的电边界就必须根据实

际情况设置；

激励（excitation）－－激励边界条件是一种特殊的边界条件，最常用的是 wave port，是

一种允许能量进入或导出几何结构的边界条件，使用 wave port 激励条件可以计算端口的 S

参数；

理想电边界（Perfect E）－－Perfect E 是一种理想电导体或简称为理想导体。这种边界条

件的电场（E-Field）垂直于表面。有两种边界被自动地赋值为理想电边界。

1、 任何与背景相关联的物体表面将被自动地定义为理想电边界并且命名为 outer 的外部

边界条件。

2、 任何材料被赋值为 PEC（理想电导体）的物体的表面被自动的赋值为理想电边界并命

阻抗边界（Impedance）－－一个用解析公式计算场行为和损耗的电阻性表面。表面的切

向电场等于 Zs(n xHtan)。表面的阻抗等于 Rs + jXs。其中，Rs 是以 ohms/square 为单位

的电阻，Xs 是以 ohms/square 为单位的电抗

分层阻抗（Layered Impedance）边界——在结构中多层薄层可以模拟为阻抗表面。

集总 RLC（Lumped RLC）边界——一组并联的电阻、电感和电容组成的表面。这种仿真

类似于阻抗边界，只是软件利用用户提供的 R、L 和 C 值计算出以 ohms/square 为单位的

阻抗值。

无限地平面（Infinite Ground Plane）——通常，地面可以看成是无限的、理想电壁、有

限电导率或者是阻抗的边界条件。如果结构中使用了辐射边界，地面的作用是对远区场能量

的屏蔽物，防止波穿过地平面传播。

材料是各向异性的，有两种形式的 PML，一种是自由空间终止，它意味着电磁场从这个表

明辐射到自由空间的任意方向，这种情况下要比 radiation 边界更合适，因为 PML 可以和模

型距离很近，减少空间问题，另一中 PML 是反射自由终止，它类似一个波导，波沿该方向

传播到无限；

处的特性。边界条件对理解麦克斯韦方程是非常重要的同时也是求解麦克斯韦方程的基础。

用 Ansoft HFSS 求解的波动方程是由微分形式的麦克斯韦方程推导出来的。在这些场矢量和它们的导数是

都单值、有界而且沿空间连续分布的假设下，这些表达式才可以使用。在边界和场源处，场是不连续的，

场的导数变得没有意义。因此，边界条件确定了跨越不连续边界处场的性质。

模型的复杂性通常直接与求解问题所需的时间和计算机硬件资源直接联系。在任何可以提高计算机的硬件

资源性能的时候，提高计算机资源的性能对计算都是有利的。

有三种类型的边界条件。第一种边界条件的头两个是多数使用者有责任确定的边界或确保它们被正确的定

义。材料边界条件对用户是非常明确的。

1、 激励源

波端口（外部）

集中端口（内部）

2、 表面近似

对称面

所谓背景是指几何模型周围没有被任何物体占据的空间。任何和背景有关联的物体表面将被自动地定

义为理想的电边界（Perfect E）并且命名为外部（outer）边界条件。你可以把你的几何结构想象为外面

有一层很薄而且是理想导体的材料。

如果有必要，你可以改变暴露于背景材料的表面性质，使其性质与理想的电边界不同。为了模拟有耗表面，

你可以重新定义这个边界为有限电导（Finite Conductivity ）或阻抗边界（Impedance boundary）。有

限电导边界可以是一种电导率和导磁率均为频率函数的有耗材料。阻抗边界默认在所有频率都具有相同的

实数或复数值。为了模拟一个允许波进入空间辐射无限远的表面，重新定义暴露于背景材料的表面为辐射

边界（Radiation Boundary）。