6.4  掃頻分析

 前面講解了如何添加和定義求解設(shè)置，通過求解設(shè)置，可以對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分，并計(jì)算在指定的網(wǎng)格剖分頻率點(diǎn)處的S 參數(shù)和場解。這只是分析一個頻點(diǎn)處的 S 參數(shù)和場解，如果要分析或計(jì)算某個頻段范圍內(nèi)的S 參數(shù)和場解，則需要進(jìn)行頻率掃描設(shè)置。HFSS 中有3 種掃頻類型，分別為快速掃頻（Fast Frequency Sweep）、離散掃頻（Discrete Frequency Sweep）和插值掃頻（Interpolating Frequency Sweep）。

    6.4.1 掃頻類型

    1．快速掃頻

    快速掃頻是在1994 年引入 HFSS 中，最初基于AWE（Asymptotic Waveform Evaluation） 算法用于搜尋傳輸函數(shù)的主零、極點(diǎn)，適合于窄帶問題的求解；后來采用ALPS（Adaptive Lanczos-Pade Sweep）算法，Lanczos 法是求解稀疏矩陣本征值問題的有效方法，采用 ALPS 算法可以在很寬的頻帶范圍內(nèi)搜尋出傳輸函數(shù)的全部零、極點(diǎn)。因此，快速掃頻適用于諧振問題和高Q 值問題的分析，使用快速掃頻可以得到場在諧振點(diǎn)附近行為的精確描述。

    使用快速掃頻，一般選擇頻帶中心頻率作為自適應(yīng)網(wǎng)格剖分頻率，進(jìn)行網(wǎng)格剖分，計(jì)算出該頻點(diǎn)的S 參數(shù)和場分布，然后使用基于ALPS 算法的求解器從中心頻率處的 S 參數(shù)解和場解來外推整個頻帶范圍的 S 參數(shù)解和場解。使用快速掃頻，計(jì)算時只會求解中心頻點(diǎn)處的 場解，但在數(shù)據(jù)后處理時整個掃頻范圍內(nèi)的任意頻點(diǎn)的場都可以顯示。

    2．離散掃頻

    離散掃頻是在頻帶內(nèi)的指定頻點(diǎn)處計(jì)算S 參數(shù)和場解。例如，指定頻帶范圍為 1～2GHz、 步長為0.25GHz，則會計(jì)算在 1GHz、1.25GHz、1.5GHz、1.75GHz、2GHz 共5 個頻點(diǎn)處的 S 參 數(shù)和場解。默認(rèn)情況下，使用離散掃頻只保存最后計(jì)算的頻率點(diǎn)的場解，上例中即只保存2GHz 處的場解。用戶如果希望保存指定的所有頻率點(diǎn)的場解，需要選中設(shè)置對話框中的Save Fields 復(fù)選框。 對于離散掃頻，需要求解的頻率點(diǎn)越多，完成頻率掃描所需的時間就越長。如果整個頻帶范圍的解只需要有限幾個頻率點(diǎn)就能精確表示，那么可以選擇離散掃頻。

    3．插值掃頻

    插值掃頻使用二分法來計(jì)算整個頻段內(nèi)的 S 參數(shù)和場解。使用插值掃頻， HFSS 自適應(yīng)選擇計(jì)算場解的頻率點(diǎn)，并計(jì)算相鄰兩個頻點(diǎn)之間的解的誤差，當(dāng)解達(dá)到指定的誤差收斂標(biāo) 準(zhǔn)或者達(dá)到了設(shè)定的最大頻點(diǎn)數(shù)目后，掃描完成；其他頻率點(diǎn)上的 S 參數(shù)和場解由內(nèi)插給出。

    插值掃頻過程中，前一個插值頻率點(diǎn)的場 解會被刪除，然后產(chǎn)生下一個頻率點(diǎn)的場解， 這樣最終只有最后計(jì)算的頻率點(diǎn)的場解才會 被保存下來。

    4．上述3 種掃頻類型的選擇

     作為經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，當(dāng) fmax/fmin < 4 時，掃頻類型一般選擇快速掃頻；對于 fmax /fmin >4 的寬帶問題，掃頻類型一般選擇插值掃頻；離散掃頻通常較少使用，只有在用戶只希望得到問題的有限幾個頻點(diǎn)的精確解時才選擇離散掃頻。快速掃頻可以得到場在諧振點(diǎn)附近行為的精確描述，因而適用于諧振問題和高Q值問題的分析；離散掃頻采用的是二分法，適合頻率響應(yīng)較為平坦的問題的分析。通常把快速掃頻作為默認(rèn)的掃頻類型；當(dāng)使用快速掃頻所占用的內(nèi)存資源超出計(jì)算機(jī)可使用的內(nèi)存時，選擇插值掃頻；或者所需分析的問題頻帶很寬時，例如多數(shù)高速數(shù)字信號問題的分析，選擇插值掃頻。 需要記住的是，在頻率掃描求解過程中HFSS 是不重新進(jìn)行網(wǎng)格剖分細(xì)化的，整個頻率掃描求解過程中，HFSS 始終是基于求解頻率處所產(chǎn)生的網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算的。