打开HFSS工作界面,点击【Insert HFSS design】建立一个project,接着点击【HFSS】→【Solution Type】,选择【Eigenmode】,如图11-18所示。
图11-18 启动HFSS的本征模
点击【HFSS】→【Design Properties】,将建模需要的变量添加进去,如图11-19所示。
图11-19 在HFSS中定义变量和输入对应的数值
首先建立介质层,在HFSS主页上点击【Draw Box】,输入坐标变量,如图11-20所示。
图11-20 在HFSS中建立介质层
介质结构创建完成后,设置介质材料的介电常数为4.5,损耗角正切为0.025,如图11-21所示。
图11-21 设置介质层的材料参数
建立两个PEC片,点击【Draw Box】,输入坐标变量,两个PEC片的坐标参数如图11-22所示。
图11-22 创建介质层两侧的PEC片
在HFSS中,要创建连接PEC的圆柱,需要先在介质层中挖出一个与圆柱形通道大小相等的洞,再建立圆柱结构,否则软件会报错。创建的圆柱结构如图11-23所示。
图11-23 创建圆柱结构
建立好圆柱体后,用介质层减去该圆柱体就可以得到圆柱孔洞了。然后,在原处再建立同样一个圆柱体,或者在用介质减去圆柱之前,将该圆柱提前复制一个。最后将圆柱体与两个贴片的材料都设置为PEC,采用加操作得到最终的模型结构,如图11-24所示。
图11-24 二维周期结构的HFSS模型
要得到该结构的色散曲线,首先给模型加上一个空气盒子,点击【Draw Box】,输入坐标变量,如图11-25所示,设置空气盒子的材料为air,也可以根据视觉效果调节其透明度,如图11-26所示。
图11-25 建立空气盒子
图11-26 调节空气盒子的透明度
下面对空气盒子的边界条件进行设置。点击右键并选择【Select Faces】。选中空气盒子的一面,点击右键→【Assign Boundary】→【Master】,使用默认名字Master1,给选择的Master 1设置主边界表面U、V坐标轴的方向,如图11-27所示,设置完成后,可以在工程树中的Boundaries节点下看到主边界条件Master1的名字。
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图11-27 设置空气盒子的主边界条件
接着,设置与主边界表面相对应的从边界表面,选中与Master1相对的一面,点击右键→【Assign Boundary】→【Slave】,如图11-28所示,命名为默认的Slave1,【Master】一栏则选择【Master1】,坐标系一栏注意从边界表面的U、V坐标轴要与对应的主边界表面的U、V坐标轴完全一致,【Phase Delay】设为【p1】,初始值设为零,如图11-29所示。设置完成后得到的模型如图11-30所示。
图11-28 设置空气盒子的从边界条件
图11-29 p 1相位初始值的设置
图11-30 主、从边界设置完成后的空气盒子
同理,可将空气盒子的另外两个侧面分别设置为主边界Master2与从边界Slave2,相位延迟变量【Phase Delay】设为p 2,初始值同样设置为零。
当空气盒子四面的主、从边界设置完成后,需要给空气盒子的上、下表面设置为理想匹配层(PML)的边界条件。首先选中空气盒子的上表面,点击右键→【Assign Boundary】→【PML Setup Wizard】,使用HFSS默认的数值即可,如图11-31所示。利用同样的步骤,可以给空气盒子的下表面加上PML层。
图11-31 设置空气盒子上表面的PML层
模型结构和边界条件设置完成后,在左边的结构树中点击右键,选择【Analysis】→【Add Solution Setup…】,设置Setup,如图11-32所示。模式数可以根据需要自行设置,本例中只计算一个模式。
图11-32 设置本征模的个数
Setup设置完成后,设置参数扫描变量,点击右键,选择【Optimetrics】→【Add】→【Parametrics】,打开对话框。点击【Add】,在【Add/Edit Sweep】对话框中,如图11-33所示,让p 1从0°变到180°,间隔取10°。
图11-33 设置扫频变量p 1
设置完成后,开始仿真。若要查看结果,点击左侧结构树中的【Results】→【Creat Eigenmode Parameters Report】→【Rectangular Plot】,在弹出的窗口中查看本征模的扫频结果,如图11-34所示。
图11-34 查看本征模的扫频结果
要保存数据,点击【XY Plot 1】→【Export】,弹出的窗口如图11-35所示,点击【Browse…】后可以将文件修改为txt格式。
图11-35 输出并保存扫频结果
采用同样的参数扫频方式,将p 1的值设为固定值180,设p 2从0°到180°变化,间隔为10°,仿真后保存数据;最后令p 2=p 1,设置p 1从0°到180°变化,间隔为10°,仿真并保存数据结果。最终将所用的txt文件在Origin中进行处理,最后得到第一个模式的色散曲线,如图11-36所示。
图11-36 采用HFSS得到的第一个模式的色散曲线
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