HFSS三种辐射边界的区别和选择技巧

Radiation边界(ABC)：

— 计算天线等强辐射问题时，距离辐射体应当至少λ/4;

— 对于弱辐射问题，仅考虑辐射损耗，不关心远场时，可以小于λ/4;

— 在定义辐射边界条件的面上积分得到远场辐射方向图(默认)，也可以自行定义计算远场时的积分面(建立Facelist);

— 辐射边界条件上的网格密度对于天线辐射特性的计算精度有影响;

— 辐射边界条件的吸收性能与入射角相关，入射角大于40 度时，吸收效果明显降低。

Radiation边界与入射角的关系如下图：

Radiation边界与辐射体距离的关系如下图：

由上图可以看到，Radiation边界与波的入射角度和辐射体距离都有很大的关系，对仿真结果的影响比较大。

PML边界：

— 到辐射体的距离可以是λ/20 ，也能很好吸收;

— 对于需要求解远场方向图的场合，距离辐射体λ/4仍然是必要的;

—PML表示无限大的自由空间，吸收辐射出来的电磁场，真正零反射;

— 计算远场时，软件自动将PML的基准面定义为积分表面，以便得到远场方向图;

— 可以替代Radiation边界条件，并且更精确。

PML边界与入射角的关系如下图：

　　PML边界与辐射体距离的关系如下图：

　　由上图可以看到，PML边界与波的入射角度和辐射体距离的关系都不是很大，对仿真结果一致性较高。

　　FE-BI边界：

　　— 专门针对电大尺寸的开放结构仿真;

　　— 对辐射体距离没有要求;

　　— 能够完全吸收所有的入射波;

　　— 与结构的共形性非常好;

　　— FE-BI算法可以有效降低计算机硬件资源消耗;

　　— 针对外部辐射空间采用IE求解，针对金属结构体采用FEM求解，大幅减少辐射区域的求解规模，提升求解效率。

　　FE-BI边界与入射角的关系如下图：

　　FE-BI边界与辐射体距离的关系如下图：

　　由上图可以看到，FE-BI边界与波的入射角度和辐射体距离的关系都不大，仿真结果一致性非常好。

　　总结：

　　— PML边界是公认的精度最高的吸收边界条件;

　　— FE-BI边界是电大尺寸开放结构(尤其是带介质腔体)常用的吸收边界条件;

　　— 对于一些需要快速求解的应用，可以使用普通的Radiation吸收边界条件;

　　— 通过调整积分面设置，可以改善Radiation吸收边界下的仿真结果精度。

　　最后对三种辐射边界条件的区别总结归纳如下表：