IE3D中文手册第四章多边形互连和3D结构的创建.docx

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IE3D中文手册第四章多边形互连和3D结构的创建

第四章多边形互连和3D结构的创建

第3章中已经知道怎样在MGRID建立一个斜面转角并对其进行仿真，很多多边形并不能用一个单个的多边形描述，或者不能用一个单个多边形有效的描述，必须用多个多边形来描述，这些多边形必须连接到一起。

对于大型电路的建立，可能会有一些输入错误，于是需要修改这些电路。

在这样的情况下，将涉及到多边形互连、保存和打开已经存在的结构、删除多边形和端口。

第一节多边形互连

在IE3D中，只有当两个多边形共同边上的两个顶点完全匹配时，才认为多边形是互连的。

否则，即使它们看上去是互连的也认为没有互连。

互连和非互连多边形的区别如图4.1所示。

在MGRID中，一条共用的边在边缘中心处用一红点标志。

为了让用户更好的理解多边形的互连，下面说明互连多边形与非互连多边形的区别：

图4.1多边形互连

第1步运行MGRID并在File菜单中选择Open。

第2步选择文件c：

\ie3d\samples\connect.geo，并选择Ok继续。

反应：

几何图形文件c：

\ie3d\samples\connect.geo被打开（见图4.3）。

如图所见，三个多边形的共同边缘处有一些红点，用来标志这些多边形已在共同边缘处互连。

多边形2的一些顶点不在网格点上，如前所述，这些网格点只是用来输入几何图形的。

在IE3D中，所有不在网格点上的结构都能够进行很准确的仿真。

说明：

这是一个悬浮带状线结构，要查看怎样定义带状线结构的介质，有兴趣的用户可从Param菜单中选择BasicParameters。

No.4，ztop=1e+15mil，Re（EPSr）=1，TanD（EPSr）=0，Re（MUr）=1，TanD（MUr）=0，Sigma=（4.9e+7，0）

No.3，ztop=22mil，Re（EPSr）=1，TanD（EPSr）=0，Re（MUr）=1，TanD（MUr）=0，Sigma=（0，0）

No.2，ztop=12mil，Re（EPSr）=4，TanD（EPSr）=0，Re（MUr）=2，TanD（MUr）=0，Sigma=（0，0）

No.1，ztop=10mil，Re（EPSr）=1，TanD（EPSr）=0，Re（MUr）=1，TanD（MUr）=0，Sigma=（0，0）

No.0，ztop=0mil，Re（EPSr）=1，TanD（EPSr）=0，Re（MUr）=1TanD（MUr）=0，Sigma=（4.9e+7，0）

横截面介质结构如图4.2所示：

图4.2c：

\ie3d\samples\connect.geo的介质结构

图4.3c：

\ie3d\samples\connect.geo中已互连的多边形

第3步按下“Shift”键并在图4.3的多边形1单击鼠标左键。

说明：

这个命令和在Edit菜单中选择SelectPolygon是等效的，单击多边形1选中它。

从MGRID9.0起，可以利用“Shift”键进入不同选择模式。

反应：

MGRID处于选择多边形模式并选取了多边形1，多边形1变成黑色。

状态窗中显示“SelectPolygonMode，Sel.EditMenuitemstomanipulateobjects（Focusedonalllayers）”。

“选取多边形模式，选择编辑菜单中的项对目标进行操作（针对所有层）”。

第4步在AdvEdit菜单中选择CheckConnection。

反应：

图4.4中的另外两个多边形显示为灰色，说明这两个多边形被电连接到多边形1，于是可以确定在这三个多边形间已建立了良好的电连接。

图4.4黑色多边形是被选中的，灰色多边形被电连接到这个选中的多边形

第二节多边形重叠的消除及操作

重叠的多边形不能为IE3D仿真引擎所接受，它们被看作是非电连接的。

一定要在头脑中牢记，只有当多边形具有共同的边缘时才被看作电连接的。

不幸的是，很多机械的线路图编辑器没有IE3D中这样的连接概念，从其它线路图工具导入几何结构时经常出现重叠的多边形，在仿真之前需要清除这些重叠部分。

图4.5c：

\ie3d\samples\overlap.geo中重叠的多边形

第1步在File菜单中选择Open并选择文件c：

\ie3d\samples\overlap.geo，将演示一个多边形重叠的例子。

反应：

打开几何文件c：

\ie3d\samples\overlap.geo的同时会出现一个警告：

“OverlappedPolygonsEncountered”（遇到了重叠的多变形），事实上这里的多边形2和多边形3重叠了，如图4.5所示。

第2步选择OK接受多边形重叠的警告。

第3步在AdvEdit菜单中选择CheckPolygonOverlapping，MGRID将提示遇到了重叠的多边形，选择OK继续。

反应：

图4.5中多边形2和3被显示为粉红色，说明它们互相重叠了。

第4步在AdvEdit菜单中选择剪切重叠多边形CutOverlappedPolygons。

反应：

多边形2的重叠部分被剪切掉了，并且在多边形2和3间的边缘出现一个红点（见图4.6），说明它们已互连了。

图4.6执行完CutOverlappedPolygon命令后c：

\ie3d\samples\overlap.geo的结构

第5步在AdvEdit菜单中再选择CheckPolygonOverlapping，MGRID将报告没有多边形重叠。

第6步在Edit菜单中选择Undo，这里要展示一个剪切重叠多边形的选项。

反应：

图形将恢复到图4.5所示的形状，多边形2和多边形3又重叠了。

第7步按下“Shift”键并在图4.5中单击多边形2将其选中。

说明：

在第4步中选择CutOverlappedPolygons，允许MGRID以其方便的形式将重叠多边形剪切掉。

如出现意外，MGRID选择剪切掉多边形2，假设不想要MGRID剪切多边形2，而是希望保留多边形2而剪切多边形3，应在选择CutOverlappingPolygons前选择不希望剪切的多边形。

第8步在AdvEdit菜单中再次选择CutOverlappedPolygons。

反应：

多边形3被剪切并且与多边形2互连（如图4.7），这里有三个红点，每个位

图4.7一个可选的剪切多边形重叠部分的方法

于多边形2和多边形3的一条共同边上，说明两个多边形通过三条共同边互连。

图4.8用CutOverlappedPolygon命令排列耦合带

说明：

一般来说，图4.7中的连接不如图4.6中的好。

第7步和第8步只是为了说明在MGRID中构建结构时可能需要的一些功能，以后将偶尔用到这一灵活性。

为检验对剪切重叠多边形灵活性的理解，图4.8给出了3条耦合带，需要把它们的左端排列到顶点1和顶点2确定的直线上，对MGRID很熟练的用户，可以很简单的利用多种方法完成这样的任务：

（1）可选择每个端点的顶点把它们移动到由顶点1和顶点2确定的直线上。

（2）可在EDIT菜单中选择DividePolygon，结合一些其它命令达到目的。

（3）事实上，最快的方法之一是利用AdvEdit菜单中的CutOverlappedPolygons命令。

可以画一个包含顶点1和顶点2的多边形，在图4.8中为一个由顶点1，2，3和4组成的矩形，在AdvEdit菜单中选择CutOverlappedPolygons，这三个带将被连接到矩形边缘，然后可选择矩形并将其删除，剩下的三个带将排列在顶点1和顶点2确定的直线上，感兴趣的用户可以实验一下。

第三节对齐、选择和移动顶点

第1步下面介绍一些其它的非连接多边形，在File菜单中选择Open并选择文件c：

\ie3d\samples\gap.geo。

反应：

文件c：

\ie3d\samples\gap.geo中的结构被显示在图4.9，多边形1由顶点10，11，12和13组成，多边形2由顶点5，6，7，8和9组成，多边形3由顶点1，2，3和4组成。

这里有两组匹配顶点：

顶点8与10，顶点9和11。

说明：

顶点1和5被假定为匹配顶点，但它们之间有一个宽1mil的缝隙，有很多方法来连接这些多边形：

一种是建立另一个多边形来填充这个缝隙，另一种是移动顶点5和6消除缝隙。

首先演示第一种方法，困难的是顶点1并不在网格点上，问题是怎样找到这个顶点并在建立附加的多边形后确定电连接

第2步在Input菜单中选择设置到最接近的顶点SettoClosestVertex。

反应：

MGRID处于SettoClosestVertex模式，显示在右上方的状态窗中。

图4.9多边形2和多边形3之间有一个缝隙

说明：

下面将为顶点1建立匹配顶点，为了确保输入的顶点在需要的位置上，总是要使用Input菜单中的SettoClosestVertex。

第3步在图4.9的顶点1处单击鼠标左键。

反应：

恰好在顶点1处建立了一个顶点，它和顶点1是匹配的。

在MGRID7.X或更早期的版本中，MGRID将提示“CloseVertices”，而从MGRID8.0起，处于SetToClosestVertex模式时不再提醒靠近顶点。

说明：

不必恰好在顶点1处，只要光标接近顶点1并且2D输入层是位于顶点1所在的层，那么MGRID将自动把顶点建立在顶点1。

第4步在顶点5单击鼠标左键为顶点5输入一个匹配顶点。

第5步在顶点6单击鼠标左键为顶点6输入一个匹配顶点。

第6步按Shift+F键。

说明：

已经为填补缝隙的矩形建立了4个顶点中的三个，于是第4个顶点的位置是确定的，所以不必手动建立，只需告诉MGRID要建立的是一个矩形就可以了。

Shift+F是Input菜单中建立矩形FormRectangle的快捷键，第6步和在Input菜单中选择FormRectangle是等效的。

图4.10缝隙用小矩形填充后的结构

反应：

MGRID将建立第4个顶点，它将探测到假设的接近一个边缘的第4个顶点并提示是否将顶点连接到边缘。

第7步选择Yes继续。

一个矩形被创建填充缝隙，可看到连接多边形2和填充多边形（多边形4）间边上的红点，以及连接多边形4和多边形3的红点（见图4.10）。

第8步按下“Shift”键，并圈中图4.10中的多边形2和4（填充多边形）选中它们。

说明：

所谓“圈取多边形”就是圈中多边形的所有顶点，并不圈中任何其它多边形的所有顶点，可圈中其它多边形的一些顶点，如果不是所有顶点被选中这些顶点便不会被选中，灰色矩形是建议的窗口尺寸。

反应：

多边形2和4被变成黑色或被选中。

第9步在AdvEdit菜单中选择MergeSelectedPolygons。

反应：

多边形2和4被连接到一起得到图4.3所示图形。

说明：

从理论上，图4.3中的3个多边形和图4.10中的4个多边形描述相同的结构，但直到考虑最后的网格化结果，图4.3中3个多边形形式将创建更少单元，并不影响准确度，这是一个更好的选择。

第10步在File菜单中选择SaveAs，保存文件为c：

\ie3d\practice\fixed1.geo，到这一步已经解决了电的非连续性并且将其保存到了一个新的文件。

说明：

上述过程是解决这一问题的方法之一，下面讨论更多技术。

第11步再次打开c：

\ie3d\samples\gap.geo，按下“Shift”键并圈中图4.9中的顶点5和6将其选中，注意不要选中顶点1，它和图4.9中的顶点5很接近。

说明：

下面通过以适当偏移量移动顶点5和6连接多边形2和多边形3。

问题是该移动多少，当然应是顶点1和5间的距离，但得到这个距离需要3步。

后面将讨论怎样测量顶点间的距离，问题是是否有一个快捷方法在不计算距离的情况下确定连接？

答案是肯定的。

图4.11拖动顶点时的图形

第12步按下“Shift”键，按下鼠标左键并拖动，MGRID自动设置到MoveObjects模式，这和在Edit菜单中选择MoveObjects是等效的，除了使用“Shift”键时必须按下鼠标左键才能拖动。

反应：

多边形2的形状随鼠标光标的移动而改变。

（见图4.11）。

说明：

移动对象时，应该注意两点：

（1）移动参考点；

（2）状态窗。

已选择了顶点5和顶点6，在所有选取的顶点中，其中一个将被选作移动参考点，也就是跟随鼠标光标的点。

对现在的问题，顶点5是移动参考点，这正是实际上需要的，因为要连接的是顶点5和顶点1，当顶点不是默认的，可点击右键切换到下一顶点。

对本例，状态窗中将显示“MoveObject，Clickleftbuttontosnaptovertex，…”（见图4.11），实际上共有三种对齐模式：

（1）对齐到顶点SnaptoVertex：

移动的参考点将对齐到最近顶点；

（2）对齐到边缘SnaptoEdge：

移动的参考点将对齐到最近的边；（3）对齐到网格SnaptoGrid：

移动的参考点将对齐到最接近的网格点。

第13步如果不在对齐到顶点模式，拖动鼠标时请按F4切换对齐模式，这和使用MoveObjects命令时在Edit菜单中选取ChangeSnapping是等效的。

第14步移动鼠标光标（或移动顶点5）到顶点1附近，移动的顶点5将对齐到顶点1，放开鼠标键。

反应：

MGRID将计算图4.9中初始顶点5和移动后的顶点5（或顶点1）间的偏移量，并提示更改默认值。

说明：

偏移量由MGRID自动计算，应为dx=0mil和dy=-1mil，通常不必更改，否则这个连接没有保证。

第15步在AfterMove选项中选取ObjectsDe-selected，选择OK继续。

反应：

顶点5和6以合适的距离重新放置，且顶点5移动到和顶点1相同的位置，并自动在顶点1和2间也为顶点6创建一个匹配顶点（如图4.9），匹配顶点保证了多边形2和3间的连接。

第16步将几何图形保存为“c：

\ie3d\practice\fixed2.geo”。

说明：

上面演示了两个连接非连接多边形的方法，事实上MGRID中还有很多实现这一目的编辑方法，这里不再介绍，随之学习的深入必将理解MGRID线路图编辑器功能的强大。

第四节圆形螺线的建立

第1节讨论了多边形的互连、为互连调整几何结构、剪切重叠多边形和为互连移动多边形，本节将讨论建立圆形螺线电感，讨论中将学会怎样利用实体功能简便的创建复杂结构，还将学会怎样利用键盘输入以及怎样建立空间电桥和多层结构。

要创建的螺线电感在一个有耗介质衬底上，介电常数为12，电导率为5s/m。

20-mil衬层上是一个1mil厚介电常数为4的绝缘层，螺线位于绝缘层上，螺线内半径为10mil，带的宽度为2mil且缝隙宽度为2.5mil，螺线共4.25圈，螺线金属厚度为0.0787402mil（2微米），空间电桥金属厚度为0.1574804mil（4微米），其它参数如图4.12。

图4.12一个圆形螺线电感

第1步在MGRID的File菜单中选择New。

反应：

跳出BasicParameters对话框。

第2步选择mil作为长度单位，在右上角的线路图和网格列表框中选择Insert，输入X-From=-50、Y-From=-50、X-To=50及Y-To=50和GridSize=2mil，X-From、Y-From、X-To和Y-To不是关键参数，使用View菜单中的ViewWholecircuit时可被MGRID自动修改。

GridSize决定每个网格的大小，这是一个重要数字，选择OK添加线路图和网格参数。

第3步对网格化参数，在MeshingParameters中更改MeshingFrequency=10GHz，CellsperWavelength=20，不选中AutomaticEdgeCells键。

第4步下面定义衬底层，在右上角的SubstrateLayers列表框中选择Insert键，跳出编辑衬底EditSubstrate对话框，为No.1衬底输入以下参数：

TopsurfaceZ-top=20mils顶面z坐标

Realpartofpermittivity=12介电常数实部

LossTangentforpermittivity=0介电常数损耗角正切

Realpartofpermeability=1.0导磁率实部

Losstangentforpermeability=0导磁率损耗角正切

Realpartofconductivity=5s/m电导率实部

Imaginarypartofconductivity=0s/m电导率虚部

选择OK将衬底添加到衬底层列表中。

说明：

No.1衬层的电导率为5s/m，衬层中将存在涡流，有限电导率衬底的作用被完全包含在IE3D格林函数中，有耗衬底将被准确建模。

第5步再次在SubstrateLayers列表框中选择Insert键，又跳出编辑衬层对话框，为第二层衬层输入以下参数：

TopsurfaceZ-top=21mils

Realpartofpermittivity=4

LossTangentforpermittivity=0

Realpartofpermeability=1.0

Losstangentforpermeability=0

Realpartofconductivity=0s/m

Imaginarypartofconductivity=0s/m

说明：

No.1衬层厚度为20mil，是从z=0到z=20mil，No.2衬层厚度为1mil，于是顶面z坐标应为（20+1）=21mil。

第6步选择OK添加衬层，MGRID将从顶面z坐标自动探测到应为No.2衬层。

第7步在MetallicStripType的右上角选择Insert键，跳出EditMetallicType对话框，输入以下参数：

Thickness=0.1574804mils厚度

Realpartofpermittivity=1介电常数实部

LossTangentofpermittivity=0介电常数损耗角正切

Realpartofpermeability=1导磁率实部

LossTangentofpermeability=0导磁率损耗角正切

Realpartofconductivity=4.9e7s/m电导率实部

Imaginarypartofconductivity=0s/m电导率虚部

选择OK添加金属类型为No.2型。

图4.13定义了所有必须参数后的基本参数对话框

说明：

要创建螺线电感需建立多个多边形，当然，可逐个建立这些多边形，但这不是一个高效的方法，幸运的是有了实体菜单Entity。

图4.14圆形螺旋线对话框

第8步在Entity菜单中选择CircularSpiral。

反应：

MGRID询问选项，选项含义请参考附录I。

第9步在ApproximationGuarantees组选中VertexLocation，输入以下参数：

NumberofSegmentsforCircle=16分割圆环的数量

StartAngle=0degree起始角度

TotalSegments=68（4.25圈每圈16片）总片数

StripWidth=2mils带的宽度

Separation=2.5mils间距

StartRadius=10mils起始半径

CenterX-Coordinate=20mils中心x坐标

CenterY-Coordinate=10mils中心y坐标

CenterZ-Coordinate=21mils中心z坐标

选择OK接受其它默认设置。

第10步选择OK继续，建立的圆形螺旋线如图4.15所示。

可能注意到，图4.15中螺线的方向和图4.12中的不一致，如电路中没有其它部分，无论其方向怎样都会得到相同的S参数，但这里要建立一个更准确的。

图4.15第10步中MGRID自动建立的圆形螺旋线

第11步在Edit菜单中选择Undo.

反应：

螺旋线被清除。

第12步在Entity菜单中重新选择CircularSpiral，在ApproximationGuarantees组确定VertexLocation，输入如下参数：

AxisDirection=Z-direction轴向

NumberofSegmentsforCircle=16每圈的片数

StartAngle=0degree起始角度

TotalSegments=-68总片数

StripWidth=2mils带的宽度

Separation=2.5mils间隔

StartRadius=10mils起始半径

CenterX-Coordinate=20mils中心x坐标

CenterY-Coordinate=10mils中心y坐标

CenterZ-Coordinate=21mils中心z坐标

反应：

圆形螺旋线被建立为图4.16所示。

说明：

这次的圆形螺旋线刚好和图4.12中的相同。

现在要在每个终端建立附加部分，将终端的末端做成矩形使添加多边形更容易。

图4.16中顶点1的坐标可计算或测量，螺线中心在（x，y）=（20，10），起始半径为10，于是顶点1在（x，y）=（30，10）。

建立一个2×2.5mil的矩形覆盖顶点1和2所在的末端，然而，如不想要这个计算过程，可利用鼠标输入计算。

图4.16第12步建立的螺线

第五节测量顶点位置和顶点间的距离

假设要知道图4.16中顶点1的位置，或者要知道两顶点间的距离，可利用Input菜单中的上一个实体信息InfoonLastEntry获取信息，在使用上个实体信息命令前，需首先输入一个或更多顶点，下面在图4.16顶点1的位置输入一个顶点。

第1步点击No.2层：

右下角层窗口中Z=21mil的层，设置2D输入在z=21mil，也可在Edit菜单中选择2DInput并输入z=21mils。

第2步在Input菜单中选择SettoClosestVertex，在图4.16中点击顶点1在顶点1连接一个顶点。

第3