在电磁场仿真中使用集总端口和集总单元
在 COMSOL Multiphysics® 软件的附加产品 AC/DC 模块中，使用 磁场 接口对频域和时域电磁场进行模拟时，可使用 集总端口 边界条件模拟与源或任意电气负载的连接。集总单元 节点与 集总端口 边界条件类似，代表特定类型的负载。
这两种特征均有四种几何类型，根据周围边界的形状可确定哪种类型可用。集总端口 边界条件有三种不同的终端类型，根据具体情况选择负载和馈源的建模方式。本文将主要介绍在时域和频域进行仿真时，如何选择集总端口和集总元件中的 “几何类型” 和 “终端类型” 选项。
频域仿真的激励和负载选项
集总端口 边界条件表示连接到建模空间的传输线（电缆）的终端。终端类型 有三个选项：电流，电缆 和电路，这些选项可在一个几何模型中组合使用。集总单元 节点表示与可以是复数的集总阻抗的连接。
电流 类型会施加一个指定的电流 
, 该电流通过模型并在整个建模空间产生电场和磁场。如果有多个 电流 类型的 集总端口 条件，则外加的复数电流可表征它们之间的相位差。例如，在三个不同的集总端口施加 , 
, 和 
的电流相当于三相激励。有关在频域中处理复值的更多详情，请参阅 相关文章。
对 集总端口 边界条件下的感应电场进行积分，计算出端口电压 
。该端口电压为复值，如果它是模型中的唯一激励源，则用于计算端口阻抗 
, 以及输送到模型的周期平均功率, 
。也可以将电流设为零，即开路配置。在这种情况下，唯一的输出就是模型中所有其他信号源在该端口上感应出的开路电压。
电缆 类型与 电流 类型类似，包括一个具有指定特征阻抗 
的并联电阻器。该阻抗表示传输线的自身阻抗，因此即使没有激励，电缆 类型仍会表示有一个实数阻抗与系统相连。对于 电缆 类型，激励可明确指定为 打开 或 关闭。当激励为 打开 时，源类型 选项可设置为 电压 或 功率。这两种选项均基于假设电缆和系统的阻抗匹配的前提下添加电流激励。也就是说，从电流源端口看进去的总阻抗假定为电缆阻抗的一半。 因此，当指定电压 
时, 外加电流为 
, 并可通过复值电压或一个不为零的 端口相位 在受激励的 集总端口 之间引入相移。当指定功率为
时，外加电流为 
。
对于 电缆 类型，计算出的端口电流 
是通过模型的电流，而端口电压 将不同于指定电压 , 除非模型阻抗与电缆阻抗完全匹配。计算出的端口阻抗为 
。对于 电缆 终端类型具有一个或多个 集总端口 边界条件的模型，还将计算 S 参数。
电路 类型表示与任意组合的集总电气元件的连接，这些元件包括电阻器、电容器、电感器、互感器、变压器以及电流源和电压源等。这种组合可以是任意复杂的，但频域模型中的所有集总电气元件必须是线性的，因此二极管和开关等元件需要在时域模型中求解。
集总单元 节点表示与任意阻抗的连接。阻抗定义为电阻、电容和电感的串联或并联组合，或用户定义的阻抗，它允许阻抗作为频率的函数，可具有任意复值。
集总端口 边界条件可以是 电流 (1)、电缆 (2) 或 电路 (3)，可以表示激励或非激励连接，而 集总元件 节点 (4) 只表示阻抗，不包含任何激励。
几何类型
集总端口 和 集总单元 特征均包括多种几何类型选项：过孔, 用户定义，均匀 和 同轴。这些选项都会影响其应用边界的形状和拓扑结构。
过孔
过孔 类型用于圆形导体（即导线）的直线段部分。它必须应用于一组描述导线完整圆周的表面上。这种边界条件在其整个周长上施加均匀的电流密度，且电流方向平行于其轴线。模型中应省略集总端口内部的圆柱形域。虽然 过孔 类型可以放置在导线长度方向的任何位置，但其最精确的应用是在模型中场强在轴向和方位角方向几乎不变的区域内。它也可用于放置在非圆柱形导电域或导电边界之间的一组圆柱面上。
A gray wire with red arrows along the wire and blue arrows pointing in a counterclockwise direction around the wire.
沿直线段导线流动的电流（红色箭头）和周围的磁场（蓝色箭头）。这些场强在方位角方向和长度方向上都是不变的。
在对相邻导体的体积进行建模时，应将集总端口两端的截面设置为 磁绝缘，这意味着截面上存在等电位条件。沿集总端口边界流过的外加电流会在相邻域和边界中产生感应电流。
A gray wire with a half transparent blue boundary and red cones and arrows showing the current direction.
应用于连接圆形导线间隙黄色表面的 过孔集总端口 边界条件。外加的集总端口电流在导体横截面的磁绝缘边界（蓝色）上产生表面电流（红色圆锥体。在导电域（灰色）的体积内，会产生表现出集肤效应的体电流（红色箭头）。
过孔 也用于电路板的金属层之间。在这种情况下，可将相邻的一个或两个导体建模为几何厚度为零的导电边界条件。
A yellow semicylinder connected to a green circuit board with gray connectors and red arrows showing the excitation direction.
电路板的两条导电迹线之间的 过孔集总端口 边界条件激励。走线既可以作为边界条件建模，也可以作为体积建模。
均匀
均匀 类型只能应用于连接 磁绝缘、阻抗边界条件 或 过渡边界条件 组合的矩形边界。外加表面电流在这些导电边界上和边界之间流动。集总端口中的 均匀 类型可用于为微带线一类元件提供激励，无论是沿着微带线的长度方向还是在微带线与接地极之间。均匀 类型还可以直接在导体之间连接的矩形边界上给定 集总单元 阻抗。由于 均匀 类型所选择的边界完全存在于建模域内部，因此在边界两侧均会激发场。源和负载本身可视为存在于表面，而不占据任何体积。这是一个比较近似的条件，如果需要更高的精度，可以用 过孔 类型代替。
A gray rectangle highlighting a yellow section with red cones to show the surface current.
均匀集总端口 边界条件（黄色），沿着被设置为 过渡边界条件 的导电带（灰色）的长度方向施加电流激励。整个集总端口的表面电流（红色锥形）是均匀分布的，但在导电带表面上，电感效应驱动电流向边缘方向流动。
A yellow uniform lumped port above a ground plane with red cones showing the excitation current of a stripline.
均匀集总端口 边界条件，用于激励接地面上方的导电带线。
A blue and yellow lumped element model between two gray wires with red cones to show the current.
放置于两个 磁绝缘 边界条件之间的 均匀集总单元 节点，用于在两根导线之间引入阻抗。导线体积内的电流流向 磁绝缘 和 集总单元 边界。
用户定义
用户定义 类型主要用于连接非圆形导线。需要手动输入集总端口的方向、高度和宽度。它们分别对应于电流的馈入方向、穿过集总端口的距离以及所选表面集的宽度或周长。
A gray rectangular prism highlighting a yellow user-defined section with red cones and arrows.
沿非圆形导线设置的 用户定义集总端口 边界条件。用户定义的方向是导体之间的法向矢量方向，高度是导体之间的距离，宽度是导体截面的周长。
同轴
同轴 类型适用于环形面，它描述了通过同轴电缆内导体和外导体之间的介质域的横截面。内导体和外导体既可以建模为固体导体，也可以建模为 磁绝缘 边界条件，还可以建模为 阻抗界条件。同轴集总端口沿表面施加的电流与无损电缆内解析的位移电流一致，因此，如果使用 磁绝缘 边界条件对内导体和外导体进行建模，则 同轴类型集总端口 边界条件旁边的场将在网格细化的极限内接近精确的解析解。
A transparent gray tube with a blue magnetic insulation boundary condition showing red cones and arrows to represent the excitation.
同轴类型集总端口 条件必须应用于内外导体（灰色）之间的环形面（黄色），该环形面设定为边界条件或体积。如果将导体设定为一个体积，那么 磁绝缘 边界条件（蓝色）必须与 集总端口 边界条件相邻。
时域建模的激励和负载选项
在时域建模时，激励和负载存在一些差异。电流 型激励可接受任何时变表达式。电缆 型仅接受 电压 激励。在计算输出（电压、电流、功率、阻抗）时，这些都是瞬时量。
电路 类型允许连接到由任意集总电气元件（包括具有非线性响应的元件）组成的系统。
集总单元 特征只接受实值阻抗（纯阻性负载），不能在时域模型中添加感性或容性负载。
过渡边界条件 和 阻抗边界条件 特征不可用于时域建模。所有有损材料都需要作为域来建模。
请提交与此页面相关的反馈，或点击此处联系技术支持。
