現(xiàn)在用到的HFSS最老版本是6.0,運(yùn)行在Unix系統(tǒng)中,看起來是昂貴的高大上Sun工作站,也許10萬人民幣一臺(tái),但卻是命令行式的建模操作。
從HFSS8.0開始,慢慢轉(zhuǎn)到Windows系統(tǒng),圖形化界面,菜單式建模操作,當(dāng)年的硬件條件:單核奔騰CPU主頻大概在300MHz,運(yùn)行內(nèi)存1G,普通電腦大概1萬人民幣一臺(tái)。
為了適配當(dāng)時(shí)的硬件環(huán)境,兼顧仿真速度和仿真精度,HFSS缺省設(shè)置DeltaS=0.02?;蛘哒f ΔS = 0.02。
摩爾定律,星轉(zhuǎn)斗移。同樣的價(jià)格,估計(jì)現(xiàn)在的主頻升到原來的10倍,CPU到64核心,運(yùn)行內(nèi)存提升了100倍以上,HFSS經(jīng)歷了十幾次版本升級(jí),但DeltaS缺省值仍然是0.02。
關(guān)于Passes、DeltaS、仿真精度、收斂
可以用一幅圖形象地描述這幾個(gè)概念的關(guān)系,一看就懂:
S參數(shù)有幅度和相位,用歐拉公式可轉(zhuǎn)化為復(fù)平面上的實(shí)部和虛部,上面是用復(fù)平面內(nèi)表示S參數(shù)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(gè)S參數(shù);
藍(lán)色細(xì)箭頭表示某個(gè)具體的模型第n-1次剖分求解得到的同一個(gè)S參數(shù);
每一個(gè)紅點(diǎn)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(shù)(Passible S);
紅色細(xì)線就表示矢量減法計(jì)算出來的DeltaS;
隨著仿真次數(shù)Passes的增加,網(wǎng)格剖分越來越細(xì),仿真精度越來越高,Sn越來越與真實(shí)的S參數(shù)接近,于是DeltaS模值也越來越小,也就意味著S參數(shù)越來越收斂。
Delta S定義
Delta S本質(zhì)上是第n-1次求解得到的S參數(shù)與第n次求解得到的S參數(shù)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(hào)表示模值,定義成一個(gè)矢量在復(fù)平面(或極坐標(biāo)平面)上到圓點(diǎn)的距離。
下圖表示設(shè)置不同的ΔS,求解得到的S參數(shù)與可能的S參數(shù)之間的關(guān)系。
將上圖右上方的紅色小方框放大,并且用S參數(shù)(電壓響應(yīng))模值(線性)展開成下圖:
天線振子只有一個(gè)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(gè)S參數(shù),那就找這4個(gè)S參數(shù)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(xiàn)“假收斂”,因此在HFSS中要設(shè)置最小收斂次數(shù)為2或3或4,看情況而定:
ΔS對仿真精度影響的真實(shí)案例
下圖是一個(gè)網(wǎng)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。
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:
DeltaS=0.02,則端口阻抗誤差達(dá)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(guān)系:
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(yōu)于30dB吧。
前幾篇文章反復(fù)提過:25dB定向性指標(biāo)的微帶雙線耦合器,各端口S11測試值至少要優(yōu)于30dB,才不會(huì)影響測試精度。
可見鐵打的DeltaS = 0.02,這個(gè)缺省設(shè)置有問題。
ΔS = 0.02一般用于模型前期優(yōu)化階段的粗略仿真,效率優(yōu)先;
ΔS = 0.005甚至0.002,用于后期定型投板的精細(xì)仿真,精度優(yōu)先;
對于數(shù)量較少的端口,要在HFSS中設(shè)置最小收斂次數(shù)為2或3或4;