HFSS学习笔记 28 HFSS的数据后处理—场分布图

HFSS学习笔记之数据后处理的场分布图-----------锋锋的快乐小窝

场分布

• 场分布图用于描述电场、磁场或者电流在某个平面或者在物体内部的分布
• 在绘制场分布图前必须首先选中一个物体或者选中一个面
• 可以选择用标量或者矢量来描绘场的分布，标量场采用不司的阴影颜色来标示场量的幅度大小，矢量场除了采用不同的阴影颜色来标示场量的幅度大小外，采用箭头来标示场的方向。
• HFSS 数据后处理模块中可以在物体表面或者物体内部绘制出分布图的场量有电场、磁场、电流分布、坡印廷矢量和 SAR值等

场量类型	场量名称	含义	表达式含义
电场$E$	Mag_E	电场幅度瞬时值$|E|$（x，y，z，t）	Mag(AtPhase(Smooth()，Phase))
电场$E$	CmplexMag_E	电场幅度有效值$|E|$（x，y，z）	Mag(CmplexMag(Smooth()))
电场$E$	Vector_E	电场矢量$E$（x，y，z，t）	AtPhase(Smooth()，Phase)
磁场$H$	Mag_H	磁场幅度瞬时值$|H|$（x，y，z，t）	Mag(AtPhase(Smooth()，Phase))
磁场$H$	CmplexMag_H	磁场幅度有效值$|H|$（x，y，z）	Mag(CmplexMag(Smooth()))
磁场$H$	Vector_H	磁场矢量$H$（x，y，z，t）	AtPhase(Smooth()，Phase)
电流$J$	Mag_Jvol	体电流密度幅度瞬时值$|J_V|$（x，y，z，t）	Mag(AtPhase(Smooth(<$J_v$x, $J_v$y, $J_v$z>),Phase))
电流$J$	CmplexMag_Jvol	体电流密度幅度有效值$|J_V|$（x，y，z）	Mag(CmplexMag(Smooth(<$J_v$x, $J_v$y, $J_v$z>)))
电流$J$	Vector_Jvol	体电流密度矢量$J_V$（x，y，z，t）	AtPhase(Smooth(<$J_v$x, $J_v$y, $J_v$z>),Phase)
电流$J$	Mag_Jsurf	面电流密度幅度瞬时值$|J_s|$（x，y，z，t）	Mag(AtPhase(Smooth(<$J_v$x, $J_v$y, $J_v$z>),Phase))
电流$J$	CmplexMag_Jsurf	面电流密度幅度有效值$|J_s|$（x，y，z）	Mag(CmplexMag(Smooth(<$J_v$x, $J_v$y, $J_v$z>)))
电流$J$	Vector_Jsurf	面电流密度矢量$J_s$（x，y，z，t）	AtPhase(Smooth(<$J_v$x, $J_v$y, $J_v$z>),Phase)
其他 Other	Vector_RealPoynting	坡印廷矢量	$E\times H^{\ast }$
其他 Other	Vector_RealPoynting	局部SAR值	/
其他 Other	Vector_RealPoynting	平均SAR值	/
其他 Other	Vector_RealPoynting	表面功率损耗密度	$RE(S\cdot n)$
其他 Other	Vector_RealPoynting	体功率损耗密度	$\frac{1}{2}RE(E\cdot J^{\ast }+j\omega B\cdot H^{\ast })$

• $S$ 是表面处的坡印廷矢量，$n$ 是指向表面外侧的单位法向量
• $E$ 为电场矢量，$J^{\ast }$ 体电流密度的共轭， $B$ 磁通密度矢量， $H^{\ast }$ 磁场矢量的共轭

注：SAR 值的计算

• SAR是 Specific Absorption Rate 的缩写，称为电磁波吸收比值或比吸收率，其定义为电磁辐射能量被人体所吸收的比率，单位为瓦/千克 （W/kg）或者毫瓦/克 （mW/g）
• HFSS 中使用下式来计算 SAR值:$$SAR=\sigma \frac{E^2}{2\rho }$$
  • $\sigma$材料的导电率
  • $\rho$介质材料的局量密度
• 对于局部 SAR值，计算各个网格节点上的 SAR 值，然后使用内插法计算网格节点以外的其他点上的 SAR 值
• 对于平均 SAR值，HFSS 是计算每个点所在区域上的SAR 的平均值，计算区域的大小由用户设定的介质材料质量和密度决定

1、绘制场分布的步骤

• 首先选中一个物体或者一个面，然后从主菜单栏选择【HFSS】【Field】【Plot Fields】命令
• 右键单击工程树中的 【Field Overlays】 节点，从右键弹出菜单中选择【Plot Fields】命令
• 再从弹出的子菜单中选择需要绘制分布图的场量，可以是电场 E、磁场 H 或者电流密度 J 等
• 以第23章节的T形波导设计为例，假设需要绘制波导内矢量电场的分布，则首先选中T形波导模型，然后右键单击工程树中的【Field Overlays】 节点节点，从弹出菜单中选择【Plot Fields】【E】【Vector E】命令，打开 Create Field Plot 对话框，如图 2 所示
• 单击该对话框的 Done 按钮，即可以绘制出如图 3 所示的波导内部矢量电场的分布图，分布图中箭头表示电场的方向，不同颜色表示电场的幅度大小
• 设置好后场分布图的名称会自动添加到工程树的【Field Overlays】节点下
  

图1 电场分布设置流程

图2 Create Field Plot 对话框

图3 电场矢量分布图

2、场分布图的动态显示

• HFSS数据后处理模块除了能显示场量的静态分布外，还能显示场量的分布随着变量的变化动态改变的分布图
  • 变量可以是工作频率、激励信号的相位或者当前设计中使用到的用户自定义的变量
• 查看场分布图的动态演示首先需要展开工程树的【Field Overlays】节点，找到相应的场分布图称，并双击该场分布图名称，这样可以选中并在当窗口显示出该场的分布图
• 然后再右键单击工程树【Field Overlays】节点下的场分布图名称，从弹出菜单中选择【Animate】命令
• 这里以查看第23章节的T形波导设计创建的矢量电场分布的动态演示为例：
  • (1) 如图 4 所示双击工程树 【Field Overlays】 节点下的矢量电场分布图的名称 Vector E1，选中并在当前窗显示矢量电场的分布图
  • (2) 然后右键单击 Vector E1，从弹出菜单中选择【Animate】命令，打开如图 5 所示的 Create Animation Setup 对话框
    • Swept Variable 项：选择动态变化的变量，Single variable右边的栏里选择的是端口激励信号的相位（Phase），即查看电场矢量分布图随着端口1激励信号的相位变化而变化的动态图
    • Star、Stop、Step：变量变化的范围和每次变化的不仅指
      

图4 查看场分布图的动态演示步骤

图5 Create Animation Setup 对话框

• • 场分布图演示时会出现如图 6 所示的Animation 对话框
    

图6 Animation 对话框