电路笔记(信号)：Ansys HFSS 求解器激励（Excitation）类型 Driven Modal 和 Driven Terminal & 设置细节

求解器

        在 Ansys HFSS（High Frequency Structure Simulator）中，Driven Modal 和 Driven Terminal 是两种常用的求解器激励（Excitation）类型，适用于不同的物理场景和端口建模方式(仿真结果可能会有差别)。两者底层都是 Maxwell 方程，只是激励与输出的抽象层次不同。

参考如下，更多内容请见官方手册：1.For terminal projects we will deal only with transmission lines and assume that the currents and voltages correspond to quasi-TEM modes.: Driven Terminal 的核心是“电路视角”，而电路理论（V、I、Z）只有在 TEM 或 quasi-TEM（如微带线、CPW）下才有明确定义。如果存在高次模（如 TE/TM），电压概念就模糊了;2.为模态解分配集总端口 Assign Lumped Ports for Modal Solutions;3.为终端解决方案分配集总端口 Assign Lumped Ports for Terminal Solutions4.Assign Wave Ports for Modal Solutions;5.Assign Wave Ports for Terminal Solutions

Driven Modal 基于电磁场模式（modes） 定义端口激励，适用于波导、微带线等传输线结构；

• 场视角，适合“有明确传播模式”的结构，关注功率和模式匹配。
• HFSS 在端口截面上计算本征模（eigenmodes、特征向量解），找出能传播的场分布（主模+高次模、本征模 = {主模, 高次模₁, 高次模₂, …}）。
• 激励时，指定某个模式的入射功率（通常为 1 W），求解反射/传输的 S 参数。
• S 参数基于模式幅度（a, b 波）定义，与功率相关。
• 端口必须是2D 横截面，且场分布可解析。
• 激励源不是电压源或电流源，而是入射的电磁波模式（incident modal wave）；“信号是‘照’进去的一束电磁波，而不是‘加’上去的一个电压。”
• 激励的原始定义不直接涉及“电压”或“电流”概念（除非后处理推导）。
• 默认参考阻抗由模式特性阻抗自动计算（如微带线的 Z₀ ≈ 50 Ω）。
• Modal 解不直接使用电压源，但电压和电流仍然可以后处理得到，微带线上的电压可通过 $V=\int \mathbf{E}\cdot d\mathbf{l}$ 积分电场估算；特性阻抗 $Z_0=V/I$ 可由模式场计算；
• 无需指定参考地，因为模式本身包含完整场分布。

Driven Terminal 基于电压/电流（终端电路量） 定义端口激励，适用于集总端口或需要直接指定电压的场景（如差分对、芯片封装引脚）。

• 更贴近电路仿真思维（类似 SPICE），需要直接指定电压源或关注端口电压/电流的电路级仿真
• 它直接施加在两个（或多个）导体之间（如 P 到 GND，或 P 到 N）；
• 必须明确定义参考地（Reference Ground）。
• 激励时，指定端口上的电压（通常为 1 V），求解电流，进而计算 S 参数。
• S 参数基于电压/电流定义，参考阻抗需显式指定（默认 50 Ω，但可改）。
• 底层仍是 Maxwell 方程，存在场量与电路量之间的转换。

项目	Driven Modal	Driven Terminal
常用端口类型	Wave Port（波端口） （也可用 Lumped Port，但较少）	Lumped Port（集总端口）为主 （Wave Port 不支持）
激励物理量	入射功率波（通常设为 1 W） → 激励的是模式幅度 a₁ = 1	入射电压（通常设为 1 V） → 激励的是端口电压 V⁺ = 1 V
HFSS 设置界面	在 “Solution Setup” → “Driven Modal” 端口激励默认按模式功率归一化	在 “Solution Setup” → “Driven Terminal” 需指定端口电压或功率（默认 1 V）
单端端口	支持（Wave Port 或 Lumped Port）	支持（Lumped Port，一端信号，一端地）
差分对（P/N）	不直接支持 （需手动组合 S 参数）	原生支持 创建 Lumped Port 时选两条边（P 和 N），HFSS 自动生成差分/共模端口
多引脚（如 4-pin BGA）	难以建模	可定义多个 Terminal，支持混合激励
适合对象	天线、滤波器、波导	IC 封装、高速差分链路、连接器
激励基础	场模式（功率波 a/b）	电压/电流（电路量）
端口类型	Wave Port（波端口）	Lumped Port（集总端口）为主
参考阻抗	由模式自动计算（如 Z₀）	用户指定（默认 50 Ω，差分阻抗100 Ω ）
适用结构	传输线、波导	差分对、芯片引脚、短截线
是否需地参考	否（模式自包含）	是（必须指定参考导体）
S 参数定义	$S_{ij}=b_i/a_j$	$S_{ij}=(V_i^{-}/V_0)/(V_j^{+}/V_0)$
后处理量	功率、场分布	电压、电流、阻抗

设置细节

Driven Terminal 中使用 Lumped Port 时，必须右键端口 → “Assign Excitation” → “Terminal”，并明确哪条边是“正”，哪条是“负”或“地”。

• 在 Ansys HFSS（High Frequency Structure Simulator）中，Perfect E 是一种理想电边界条件（Ideal Electric Conductor, IEC），它的作用是模拟一个电导率无限大、内部电场为零的理想导体表面。所以可将Perfect E Boundary 设置为 Ground：
  

• 设置激励：
  

• 注：在Driven Modal 求解器激励时则需要设置积分线：
  

结果：