關(guān)于Passes、DeltaS、仿真精度、收斂的關(guān)系

黃巖島島主公眾號(hào)《看圖說(shuō)RF》第047篇原創(chuàng)文章，鐵打的DeltaS=0.02，流水的HFSS版本。碎片三分鐘逛電巢App，收獲一丟丟。

島主用到的HFSS最老版本是6.0，運(yùn)行在Unix系統(tǒng)中，看起來(lái)是昂貴的高大上Sun工作站，也許10萬(wàn)人民幣一臺(tái)，但卻是命令行式的建模操作。

從HFSS8.0開(kāi)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：?jiǎn)魏吮简vCPU主頻大概在300MHz，運(yùn)行內(nèi)存1G，普通電腦大概1萬(wàn)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。或者說(shuō) 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(lái)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(lái)的DeltaS；

隨著仿真次數(shù)Passes的增加，網(wǎng)格剖分越來(lái)越細(xì)，仿真精度越來(lái)越高，Sn越來(lái)越與真實(shí)的S參數(shù)接近，于是DeltaS模值也越來(lái)越小，也就意味著S參數(shù)越來(lái)越收斂。

Delta S定義

DeltaS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(duì)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(kāi)成下圖：

天線振子只有一個(gè)端口，所以只看S11的ΔS，無(wú)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(duì)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(jiàn)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(lái)說(shuō)，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(guò)：25dB定向性指標(biāo)的微帶雙線耦合器，各端口S11測(cè)試值至少要優(yōu)于30dB，才不會(huì)影響測(cè)試精度。

總結(jié)

可見(jiàn)鐵打的DeltaS = 0.02，這個(gè)缺省設(shè)置有問(wèn)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(duì)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；

審核編輯：湯梓紅