HFSS中几种吸收边界条件对于精度的影响(ABC，PML，FEBI)

算一个波纹喇叭，分别采用FEM+ABC，FEBI边界条件，然后调整了不同的空气层厚度，调整了收敛条件，调整了远场方向图作为收敛标准，可结果还是不稳定，差别巨大，我该相信哪个？

——《一个HFSS问询》

是的，天线仿真的结果精度， 是天线工程师不可忽视的一个问题，所以，软件仿真结果的可信度，直接关系到项目进展和工程师的工作量 。

那么，今天就来说一说关于计算精度的一个关键因素——吸收边界条件。

为了系统的了解这几个有关的概念和技术，我们从头说起。

1. 辐射边界条件（Radiation boundary)

有限元算法（Finite Element Method）是需要将传播空间离散化的一种数值算法，吸收边界条件（Absorbing Boundary Condition）是模拟电磁波的自然传播状态的必要边界条件，类似于微波暗室模拟自由空间的电磁波传播的原理。

下图为HFSS软件中设置了波导喇叭的空气盒子外表面为吸收边界条件的效果图示。在HFSS软件中，ABC也就是辐射边界条件（Radiation boundary）。具体设置方法建议参考具体教程，这里是专题方法讨论，不做基本操作的细述。

上图为辐射边界设置效果

而吸收边界条件的吸收效果，与电磁波的入射角度有关系。如下图所示，随着入射角度的升高，吸收效果是不断降低的。因此，垂直入射时，其吸收效果最好，斜入射时，角度越高，吸收效果越差。到接近于90°时，几乎没有吸收效果。

下图中同时也展示了该喇叭天线不同情况下的场图分布，从图中可见，垂直入射到辐射边界上时，其场反射效应最弱，而当入射角度较大时，有明显的反射现象。对于强方向性天线产品来说，这种反射现象的影响，足以影响到方向图的精度，所以，在天线设计仿真中，我们需要留意辐射边界条件与天线主要辐射贡献方向的角度关系，以免得到不适用的结果。

辐射边界条件应用中，有一条很重要的标准，那就是空气盒子距离辐射体的距离。一般教科书上都会建议是1/4波长。如果是强辐射结构，如天线，特别是在辐射的主方向上，必须大于等于1/4波长，而对于弱辐射结构，比如滤波器，电路结构，辐射边界与结构的距离可低于1/4波长。

很多用户，都希望使用工具的时候，能够”傻瓜式“操作，不想去搞懂理论体系，背后的逻辑，关键影响因素。事实上，如果没搞清楚底层的逻辑和关联关系，就算仿真出来个结果，也是不能发挥其最大价值的，只是从看热闹的”门外汉“变成了站到门口的”门内看热闹“的人而已。

为了更清楚的明白，为什么是1/4波长，我们可以看看下面的两张结果图，分别是探针馈电微带天线案例在不同的空气盒子厚度下，端口结果及场结果与之的关系曲线。数值模拟，是一个精度逼近的过程，任何一个结果，我们都不能称之为”精确“结果，而只能说”更接近于真实结果“，所以，当仿真的结果不再发生大的变化的时候，我们可以认为，该结果已经接近真实结果，结果是可用的了。

上图为探针馈电圆贴片微带天线HFSS模型图

上图为增益方向图与空气盒子厚度的关系

上图为回波与空气盒子厚度的关系