建模TEM和准TEM传输线
有四种完美的TEM传输线，如下图所示，包括：
- 同轴电缆
- 平面上方的线
- 平行线
- 平行板
所有这些由两个金属域组成，它们以各种配置排列。对于真实的TEM线，假定金属是无限电导率的理想导体，并将其建模为完美的电导导体边界条件。这space between the PEC boundaries is a homogeneous and lossless dielectric. For the cases of the coaxial cable and parallel plate, the fields are entirely confined between the two conductors. For the other cases, the fields extend infinitely far into the surrounding space, but fall off to zero very quickly. The electric and magnetic fields lie purely in the cross-sectional plane of the line, and the Poynting flux is everywhere parallel to the line.
四个真正的TEM传输线的图像。电场（红色）和磁场（蓝色）纯粹是在两个完美的电导体（黑色）和（浅蓝色）介电之间的横截面平面中。左上：同轴。右上：平面上方的线。左下：两根电线。右下：平行板，绿线代表完美的磁导体对称条件。
Once any loss is introduced, either via an阻抗boundary condition or a lossy material, or if there are different dielectrics present, the transmission line becomes quasi-TEM, meaning that there will be some electric, or magnetic, field component in the direction parallel to the line. However, if this component of the fields is relatively small compared to the components in the cross-sectional plane, then even a quasi-TEM line can be modeled using the same excitation types as used for the TEM cases.
这correspondences between true TEM lines and several common quasi-TEM lines are shown in the figures below. Note that other types of lines are possible; they would simply have different shape and/or distributions of dielectric material in the cross section.
同轴电缆线的变化。
线平面上线的变化。
平行线线的变化。
许多传输线由薄金属层或痕迹组成，该层是在介电基板上图案的。如果与痕量宽度相比，该金属层非常薄，则完全可以完全忽略厚度并将几何形状简化为零厚度的表面，如下图所示，对于两种常见情况。
导体可以建模为零厚度的表面。
对于任何类型的真实TEM传输线，都可以通过模式分析教程模型中显示的方法找到同轴电缆的阻抗和找到平行线传输线的阻抗。可以将相同的方法用于准TEM线。对于TEM和准TEM线，都可以将电压定义为沿连接两个导体的横截面平面中的电场的路径积分。按照惯例，这些导体之一称为地面导体。有关电压和地面的讨论，请参阅相应的博客文章。
另外，有时还希望考虑以通用模式或差异模式运行的传输线。当两个导体在接地平面上方时，它们可以在共同模式下运行，两个导体都处于相同的电势或差分模式，而导体处于相反的电势，如下图所示。
在公共模式（左）和差分模式（右）处的接地平面上方的两个导体。
激发的传输线带有信号，该信号将与该线连接的任何结构相互作用，从而导致一些传入信号反射回。由于辐射，材料中也可能会造成损失，并且连接到设备连接的一些其他未开发的传输线可以通过，信号的一部分可以离开建模空间。典型的目标是计算S-参数并计算从模型的激发线所看到的阻抗。为此，需要应用一组条件，以对计算域内和外部的传输线进行建模。
在计算空间内建模传输线
可以在计算空间内建模传输线的四个选项。
- 完美的电导体边界：如果可以忽略该线金属中的损失，则合理。它可用于两个具有厚度的金属域和厚度为零的轨迹。
- 阻抗边界条件：如果皮肤深度远小于任何导体的最薄尺寸，则可以合理使用。从计算中省略了导体内的音量。
- Transition boundary condition: For modeling traces where the thickness of the trace is very thin compared to the width, where it is desirable to geometrically model the trace as having zero thickness. It is possible to either specify the thickness, when the skin depth is comparable to the actual thickness of the trace and fields can penetrate through the trace, or enable the电厚层选项，当皮肤深度比实际的痕量厚度小得多时，田地不会穿透。
- 体积模型：当导体的厚度与皮肤深度相当时，材料的体积必须包括在计算空间中。一种可能需要边界层网格。如果皮肤深度小于厚度的〜1/10，请考虑使用阻抗边界条件。
Three side-by-side images showing different types of mesh for a transmission line model.
左：通过PEC或TBC建模的传输线的薄金属层。中心：通过PEC或IBC建模的厚金属层避免建模内部。右：体积模型需要金属内部的网格，可能具有边界层网格，具体取决于皮肤深度。
与导体的建模一起，还有一个问题，即如何对计算域的边界建模到周围的空间。如果传输线完全被金属屏蔽（例如同轴电缆）包围，则可以使用任何先前描述的条件。另一方面，如果线不屏蔽，则有三个选项：
- 完美的磁导体边界：不允许电流沿它们流动，也不会辐射通过它们。也可以将其视为PEC条件的相反。如果合理地假设没有屏蔽且没有辐射，则可以使用。
- Scattering boundary condition: Type of open boundary condition that approximates a boundary to free space. No currents can flow along these boundaries. Any wave that is propagating approximately normal to an SBC will pass through without reflection, but grazing-incidence waves will be reflected.
- 完美匹配的层：PML是一种域条件，可作为任何入射磁场的吸收器。它们对入射角的敏感程度要差得多（请参阅博客文章”Using Perfectly Matched Layers and Scattering Boundary Conditions for Wave Electromagnetics Problems“但是确实有特定的网格要求这会增加计算成本，因此只有在预期重大辐射的情况下才有必要。
无论使用哪种选项，都需要研究传输线与周围空间边界之间的距离。尽管磁场主要局限于导体之间的空间，但它们确实延伸到侧面。所谓的边缘效应。自由空间的边界应放置在边缘场几乎为零的地方。如果将这些边界放置在线上太近，则可能会影响结果，如下所示。表演模式分析研究因此，这种线路通常是整体建模过程中的好第一步。
用于建模激发和终止的端口和集团端口
为了建模到计算域外部与传输线的连接，可以使用两类的边界条件：端口和集结端口。它们可以放置在内部和外部边界。
内部边界完全在建模空间内。与仅在一侧存在场的外部边界相比，这些字段均在边界的两侧计算。如果从建模域内删除空间区域，也可以形成外部边界。这些情况在下图中示意性地说明。
蓝色的模型域的外部和内部边界的插图。
港口边界条件的概述
Port是可以代表TEM和非TEM激发的广义边界条件。它们可以放置在内部边界，可以代表胸肌支持或域支持的单侧激发。PEC支持的激发意味着信号从边界的一个用户指定侧传播，并且任何反射信号都将被该边界吸收。撞击另一侧的场将被PEC边界反映。这可能是一个方便的快捷方式，可以从建模域内删除空间。
A的屏幕截图Port边界条件。
一个域名Port激发意味着激发信号将从边界的一侧传播，并且反射回边界的任何信号都不会在没有反射的情况下通过并继续通过建模域传播。此选项更常用于建模支持多个TE和TM模式的波导并且对TEM-TYPE传输线的应用较小。
一种Port可以注入固定功率的信号，即默认选项，该选项描述了典型的微波电源。还可以选择启用活动端口反馈。主动反馈选项对于仅是一个激发端口的情况最有用，并且希望将指定量的功率耗散到建模域内的有损材料中。它最常用于微波等离子体建模，但是在大多数其他情况下，如博客文章中所述，使用更简化的反馈条件是合理的。将目标介绍到隔离的求解器中”。
最后，Port边界条件有解放选项，这对于由于传输线的未建模长度而导致的相移很有用。
总端口边界条件的概述
集结端口用于建模TEM和准TEM线。它们可以放置在外部或内部边界。在内部边界，它们是双面的。也就是说，一个信号将从传播中传播，并且会将反射的信号吸收回到总端口边界的两侧，这在终止近似建模的背景下很有用。
a的屏幕截图Lumped Port边界条件。
一种Lumped Port有三种类型：
- 电缆
- 当前的
- 电路
这电缆类型用于建模与指定特征阻抗的传输线的连接，并且可以通过固定电压或固定电源激发。这当前的激发是通过已知电流激动的。如果使用此选项，则无法使用S-Parameter，因为信号将传输返回到线上。此选项也很少在RF应用程序中使用。这电路-类型Lumped Port如教程模型所示，允许连接到外部电路模型Connecting a 3D Electromagnetic Wave Model to an Electrical Circuit。
港口和集团端口的常见设置
两个都端口和集结端口包括指定阶段的选项。此选项是针对从几个不同传输线同时激发模型的情况，并且想要指定激发线之间的相位差异。
计算S-参数时，只有一个Port或者Lumped Port可以立即兴奋。要计算S-参数矩阵，每个端口都需要单独激发并重新分解模型。这频域源清扫研究类型自动化此过程。
当在一条线上令人兴奋并在宽频带上扫描时，通常希望在带宽上方均匀地采样。这一种daptive Frequency Sweep建议在这种情况下使用研究类型，因为它将根据S参数调整采样频率点。
建模同轴电缆终止
同轴电缆通常是使用Coaxial-类型Lumped Port。It can also be modeled with thePort条件，尽管除非存在高阶TE或TM模式，否则这没有优势。同轴总体端口使用电缆的横截面使用电场的精确分析表达式，因此，如果使用PEC边界，则是确切的。mesh refinement。Practically speaking, having at least two elements in the radial direction is usually sufficient, along with at least eight elements around the circumference.
同轴Lumped Portcan only be applied to an annular boundary. It can be combined with conductors modeled as PEC, IBC, or as volumes, and should typically only be applied at exterior boundaries.
这计算器内部的功能Coaxial Lumped Portwill compute the impedance of the selected annular boundary from the specified dielectric and the inner and outer radius. This should match the specified characteristic impedance, otherwise some reflection will be introduced.
Screenshot of the同轴总港口，如图所示，必须与代表网格一起应用于环形面（蓝色）。
使用此边界条件的示例包括：
- 接地的共面波导上的SMA连接器
- Connecting a 3D Electromagnetic Wave Model to an Electrical Circuit
- SMA连接的威尔金森电力分隔器
- 对腔滤波器的热结构影响
具有完整几何保真度终止的建模
为了建模一条无几何近似的通用TEM传输线，请使用Portboundary condition, either of type横向电磁或者数字与一种nalyze as TEM field启用选项。两种情况都显示在下面的屏幕截图中。除非存在高阶TE和TM模式，否则通常在外部边界处使用。
Screenshot of thePort边界条件。左：数字端口选项。右：TEM选项。
数字类型端口
这numeric type port is the most accurate way of exciting a transmission line, as it will exactly compute the true propagation constant and fields at a set of cross-sectional faces of the transmission line. It also has the most setup requirements in terms of the geometry.
这数字端口与一种nalyze as TEM field选项将允许添加两个子图，以定义电压和当前集成路径的集成线。电压的集成线应弥合两个金属域之间的间隙。电流的集成线应完全包围金属域之一。数字端口类型无法解决通用模式或差分模式案例。
模型树的并排图像，其集成线在左侧突出显示，并在右侧的数字tem-Type端口模型的图像。
数字温度型的屏幕截图Port边界条件，具有用于电压和电流突出显示的集成线。还要注意边界模式分析学习步骤。
使用此边界条件时，需要边界模式分析学习步骤需要作为研究的第一步。该研究步骤在其设置中与模式分析以2D模型进行的研究，例如找到同轴电缆的阻抗。
在模型中找到了使用此边界条件的示例使用拆分环谐振器的Notch过滤器。
TEM类型端口
选择此端口类型时，地面和Electric Potential边缘条件将作为子战斗显示Port特征。将地面条件应用于一个导体的所有边缘，Electric Potential条件到其他导体的所有边缘。在Electric Potential边缘条件，也可以选择指定在差分模式下运行的线路的潜力。当平面中的两个物理无连接的边缘设置为正时，该模型是在共同模式下激发的线。这些边缘条件将用于求解线路横截面上的电场。此端口类型的准确程度略低于数字端口条件，因为它不考虑任何重大损失，但是设置更简单。它可以与任何用于生产线建模的方法结合使用。
模型树的并排图像在左侧突出显示了地面电势子图，并在右侧突出显示了数字Tem-Type端口模型的图像。
Tem-Type的屏幕截图Portboundary condition, with the地面电势应用于金属区域边缘的子场。
使用此边界条件时，需要TEM边界模式分析学习步骤需要作为研究的第一步。这将预先计算所有TEM端口上的电场。该研究步骤确实需要一个频率，该频率用于评估任何频率依赖性材料特性。它确实假定只有TEM模式，并且不检查是否存在高阶模式。建议检查计算出的端口阻抗并确保与指定的特征阻抗匹配，否则端口会有反射。在模型中找到了使用此边界条件的示例与VIA的微带线建模。
Modeling of Terminations with Approximate Geometric Fidelity
还有许多其他选项Lumped Port这不会引入那么多的几何复杂性。尽管所有这些方法都是近似的，但它们通常为许多建模目的提供足够的准确性。
制服
这统一的总端口是一种几何简单的激发，由单个矩形表面组成，必须弥合两组导电表面（PEC，IBC或TBC）之间的间隙。该边界条件施加了与平行板TEM传输线相当的平行于表面之间方向的均匀电场。这是近似与物理TEM传输线的连接（例如同轴电缆）的快速方法，如下图中所示。该边界条件应用于内部边界，其中磁场存在于边界两侧。建议研究集总端口边界与建模域的外界之间的距离。如果将集团端口放置得太近，则可能引入不准确。
使用统一集总端口的示例包括：
图像显示了红色的同轴激发与均匀的集总端口激发之间的对应关系。
通过
这通过总端口必须应用于一组圆柱面的边界，该圆柱面弥合了两组导电表面之间的间隙。可以从建模空间中移除圆柱体的内部，这意味着该边界应用于建模空间的外部边界。应研究模型的VIA总端口与其他外部边界之间的距离，以确保这不会显着影响结果。
最大的端口通常代表连接两个金属层的同轴电缆的中心导体的近似值。在模型中找到了其用法的示例与VIA的微带线建模。
图像显示了通过总端口和同轴电缆之间的对应关系。
Multielement Uniform
这Multielement Uniform Lumped Port如博客文章中所述，最通常用于简化共面波导的激发。建模共面波导“ 和 ”Simulating an SMA Connector on a Grounded Coplanar Waveguide“。此功能类似于两个统一的总端口，在两个不同边界上指定电场的相反方向。它在内部边界处应用，应研究与周围外边界的距离。其用法的示例包括：
Images showing the correspondence between a coaxial excitation and a multielement uniform lumped port excitation, in red.
用户自定义
这用户自定义Lumped Port在一组表面上施加统一的电场，该表面弥合了两组导电表面之间的间隙，并允许定义手动输入方向和尺寸。它在实践中很少使用，作为制服和通过类型通常足够。
模型中的两个端口设备的建模
It is sometimes desirable to model a two-port device within the modeling space. For this, the双端口网络功能可以使用。此功能可以应用于代表两个的边界同轴总体端口或者统一的总端口。在模型中找到了其用法的示例通过试金文件以导入的S-参数为特征的过滤器。
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