HFSS及其應用解析學習課程

1、一、HFSS簡介 美國美國Ansoft公司開發(fā)公司開發(fā)的采用有限元法全波電磁的采用有限元法全波電磁仿真軟件，以其無與倫比仿真軟件，以其無與倫比的的仿真精度仿真精度和和可靠性可靠性、快快捷的仿真速度捷的仿真速度、方便易用方便易用的操作界面、穩(wěn)定成熟的的操作界面、穩(wěn)定成熟的自自適應網(wǎng)格剖分技術適應網(wǎng)格剖分技術成為業(yè)成為業(yè)界公認的三維電磁場設計界公認的三維電磁場設計和分析的工業(yè)標準。和分析的工業(yè)標準。HFSS (High Frequency Structure Simulator)第1頁/共25頁第一頁，編輯于星期五：二十三點 六分。二、HFSS原理p 有限元方法有限元方法 (Finite Elem

2、ent Method , FEM)p自適應網(wǎng)格剖分技術自適應網(wǎng)格剖分技術第2頁/共25頁第二頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 射頻和微波無源器件設計射頻和微波無源器件設計HFSS能夠快速精確地計算各種射頻能夠快速精確地計算各種射頻/微波無源器件的電磁特性，得到微波無源器件的電磁特性，得到S參數(shù)、參數(shù)、傳播常數(shù)、電磁特性，優(yōu)化器件的性能指標，并進行容差分析。傳播常數(shù)、電磁特性，優(yōu)化器件的性能指標，并進行容差分析。第3頁/共25頁第三頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 天線、天線陣列設計天線、天線陣列設計HFSS能夠快速精確地計算天線的各種性能，包括二維、

3、三維遠場和能夠快速精確地計算天線的各種性能，包括二維、三維遠場和近場輻射方向圖、天線的方向性、增益、軸比、半功率波瓣寬度、近場輻射方向圖、天線的方向性、增益、軸比、半功率波瓣寬度、內部電場分布、天線阻抗、電壓駐波比、內部電場分布、天線阻抗、電壓駐波比、S參數(shù)等。參數(shù)等。第4頁/共25頁第四頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 高速數(shù)字信號完整性分析高速數(shù)字信號完整性分析HFSS能夠自動和精確地提取高速互聯(lián)結構和版圖寄生效應，結合能夠自動和精確地提取高速互聯(lián)結構和版圖寄生效應，結合Ansoft Designer或其它電路仿真分析工具去仿真瞬態(tài)現(xiàn)象?；蚱渌娐贩抡娣治龉ぞ呷シ抡嫠?/p>

4、態(tài)現(xiàn)象。第5頁/共25頁第五頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 電磁干擾和電磁兼容電磁干擾和電磁兼容(EMI/EMC)分析分析HFSS強大的場后處理功能可以把整個空間的場分布以色標圖的方式直觀地顯示強大的場后處理功能可以把整個空間的場分布以色標圖的方式直觀地顯示出來，進一步通過場計算器出來，進一步通過場計算器(Field Calculator)可以給出電場可以給出電場/磁場強度的最強點，磁場強度的最強點，并能輸出詳細的場強值和坐標值。并能輸出詳細的場強值和坐標值。第6頁/共25頁第六頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 電真空器件設計電真空器件設計HFSS

5、強大的本征模求解器結合周期性邊界條件，能夠準確地仿真分析器件的強大的本征模求解器結合周期性邊界條件，能夠準確地仿真分析器件的色散特性，得到歸一化相速與頻率的關系以及結構中的電磁場分布，為這類器色散特性，得到歸一化相速與頻率的關系以及結構中的電磁場分布，為這類器件的設計提供了強有力的設計手段。件的設計提供了強有力的設計手段。 第7頁/共25頁第七頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 目標特性研究和雷達散射截面目標特性研究和雷達散射截面(RCS)仿真仿真HFSS中定義了平面波入射激勵，結合輻射邊界條件或中定義了平面波入射激勵，結合輻射邊界條件或PML邊界條件，可邊界條件，可以準確

6、地分析復雜目標的以準確地分析復雜目標的RCS。第8頁/共25頁第八頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 比吸收率比吸收率(SAR)計算計算比吸收率比吸收率是單位質量的人體組織所吸收的電磁輻射能量，它的大小是單位質量的人體組織所吸收的電磁輻射能量，它的大小表明了電磁輻射對人體健康的影響程度。表明了電磁輻射對人體健康的影響程度。HFSS可以準確地計算出指定位置的局部可以準確地計算出指定位置的局部SAR和平均和平均SAR。第9頁/共25頁第九頁，編輯于星期五：二十三點 六分。三、HFSS的應用p 光電器件仿真設計光電器件仿真設計HFSS的應用頻率（的應用頻率（30MHz300GHz

7、）達到光波波段，能夠精確仿真光電器）達到光波波段，能夠精確仿真光電器件的特性。件的特性。半導體熱器件：熱敏電阻半導體熱器件：熱敏電阻第10頁/共25頁第十頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計流程新建工程新建工程設置求解類型設置求解類型創(chuàng)建設計模型創(chuàng)建設計模型求解設置求解設置求解頻率、掃頻設置求解頻率、掃頻設置分配材料屬性分配材料屬性分配邊界條件分配邊界條件分配端口激勵分配端口激勵網(wǎng)格剖網(wǎng)格剖分細化分細化求解求解結果是否結果是否收斂收斂是否需要掃是否需要掃頻分析頻分析掃頻分析掃頻分析數(shù)據(jù)后處理數(shù)據(jù)后處理查看查看S參數(shù)、場參數(shù)、場分布圖等分布圖等自適應網(wǎng)格剖分和求解過程自適應網(wǎng)格剖分

8、和求解過程否否是是是是否否第11頁/共25頁第十一頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例工具欄工具欄工程管工程管理窗口理窗口工程樹工程樹屬性窗口屬性窗口信息管理窗口信息管理窗口模型窗口模型窗口進程窗口進程窗口第12頁/共25頁第十二頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 建立模型建立模型第13頁/共25頁第十三頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 分配材料屬性分配材料屬性系統(tǒng)集成材料庫系統(tǒng)集成材料庫第14頁/共25頁第十四頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 分配材料屬性分配材料屬性自定義新材料自定義新材料各向同性各向同

9、性各向異性各向異性第15頁/共25頁第十五頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 分配材料屬性分配材料屬性自定義新材料自定義新材料第16頁/共25頁第十六頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 周期性邊界條件周期性邊界條件 主從邊界條件（主從邊界條件（Master & Slave）可以模擬平面周期結構，這對于）可以模擬平面周期結構，這對于模擬無限大平面及無限陣列非常有用！模擬無限大平面及無限陣列非常有用！第17頁/共25頁第十七頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 激勵激勵 Floquent端口專門用于平面周期結構問題，從本質上說

10、，端口專門用于平面周期結構問題，從本質上說，F(xiàn)loquent模式模式是一類平面波。是一類平面波。第18頁/共25頁第十八頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 求解設置求解設置第19頁/共25頁第十九頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 計算信息查詢計算信息查詢第20頁/共25頁第二十頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 計算結果計算結果S參數(shù)參數(shù)mmd325無金屬襯底無金屬襯底022fcd第21頁/共25頁第二十一頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例p 計算結果計算結果S參數(shù)參數(shù)1241240nfcndmmd325有金屬襯底有金屬襯底第22頁/共25頁第二十二頁，編輯于星期五：二十三點 六分。四、HFSS設計實例 為提高仿真結果的準確性和可靠性，需為提高仿真結果的準確性和可靠性，需要進一步對模型進行優(yōu)化計算，包括放大外要進一步對模型進行優(yōu)化計算，包括放大外空間尺寸、細化網(wǎng)格、提高收斂精度等，與空間尺寸、細化網(wǎng)格、提高收斂