HFSS軟件使用基礎(chǔ)介紹

1、1.HFSS簡介2.HFSS使用3.舉例說明4.參考文件HFSS（High Frequency Simulator Structure）是美國Ansoft公司開發(fā)的全波三維電磁仿真軟件，采用有限元算法。Windows圖形用戶界面，簡潔直觀；自動化的設(shè)計(jì)流程，易學(xué)易用；穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，結(jié)果準(zhǔn)確；航空、航天、電子、半導(dǎo)體等領(lǐng)域：1.射頻和微波無源器件設(shè)計(jì)2.天線、天線陣列設(shè)計(jì)3.高速數(shù)字信號完整性分析4.EMC/EMI分析5.電真空器件設(shè)計(jì)6.目標(biāo)特性研究和雷達(dá)反射截面仿真7.計(jì)算SAR8.光電器件仿真設(shè)計(jì)2.1 工作環(huán)境介紹工作環(huán)境介紹 2.2 建立建立HFSS工程的一般過程工程的

2、一般過程 1.File1.File菜單：菜單：管理HFSS工程文件以及進(jìn)行打印操作2.Edit2.Edit菜單：菜單：修正3D模型及進(jìn)行撤銷和恢復(fù)等操作3.View3.View菜單：顯示菜單：顯示/ /隱藏子窗口、更改模型顯示方式隱藏子窗口、更改模型顯示方式4.Project4.Project菜單：添加設(shè)計(jì)文件，管理工程變量菜單：添加設(shè)計(jì)文件，管理工程變量5.Draw5.Draw菜單：添加設(shè)計(jì)文件，管理工程變量菜單：添加設(shè)計(jì)文件，管理工程變量6.Modeler6.Modeler菜單：導(dǎo)入導(dǎo)出模型，模型布爾操作菜單：導(dǎo)入導(dǎo)出模型，模型布爾操作7.HFSS7.HFSS菜單：管理分析設(shè)置操作菜單：管

3、理分析設(shè)置操作8.Tools 8.Tools 菜單：修改當(dāng)前物體材料的庫文件，運(yùn)行菜單：修改當(dāng)前物體材料的庫文件，運(yùn)行腳本文件腳本文件一般步驟：1.啟動軟件，新建設(shè)計(jì)工程；2.選擇求解類型；3.創(chuàng)建參數(shù)化設(shè)計(jì)模型：構(gòu)造幾何模型指定模型材料屬性分配邊界條件設(shè)置端口激勵(lì)；4.求解設(shè)置：頻率、收斂誤差、掃頻分析、網(wǎng)格剖分；5.設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算；6.數(shù)據(jù)后處理：S參數(shù)、場分布、電流分布、諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)、天線輻射方向圖等。1.啟動軟件，新建設(shè)計(jì)工程；注：“另存為”路徑名不要帶漢字2.選擇求解類型；【HFSS】【Solution Type】 Driven ModalDriven Modal模式驅(qū)

4、動模式驅(qū)動求解類型：計(jì)算無源、高頻結(jié)構(gòu)的S參數(shù)時(shí)可選此項(xiàng)，如微帶、波導(dǎo)、傳輸線結(jié)構(gòu)；Driven Terminal終端驅(qū)動終端驅(qū)動求解類型：計(jì)算多導(dǎo)體傳輸線端口的S參數(shù)，由終端電壓和電流描述S矩陣；Eigemode本征模本征模求解類型：主要用于諧振問題的設(shè)計(jì)，計(jì)算諧振結(jié)構(gòu)的頻率和場分布、諧振腔體的無載Q值。3.創(chuàng)建參數(shù)化設(shè)計(jì)模型：構(gòu)造幾何模型指定模型材料屬性分配邊界條件設(shè)置端口激勵(lì) ； （1）構(gòu)造幾何模型 構(gòu)造模型基本操作：坐標(biāo)+尺寸+布爾+變換 布爾運(yùn)算【Modeler】【Boolean】 合并Unite：多個(gè)物體生成一個(gè)物體； 相減Subtract：一個(gè)物體減去另一個(gè)物體； 相交Inter

5、sect：截取多個(gè)物體重疊部分； 分裂split：沿某坐標(biāo)平面將物體分裂；幾何變換【Edit】【Arrange】/【Duplicate】 平移Move：沿指定矢量線移動至新位置； 旋轉(zhuǎn)Rotate：沿指定坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動； 鏡像移動Mirror：移動物體至指定平面的鏡像 位置； 沿線復(fù)制Along line：沿指定矢量線復(fù)制模型； 繞軸復(fù)制Along Axis：沿指定坐標(biāo)軸復(fù)制模型； 鏡像復(fù)制：沿指定鏡面復(fù)制模型；設(shè)置長度單位【Modeler】【Units】設(shè)置mm為默認(rèn)長度單位，模型具體單位可改變量的使用【Project】【 Project Variables】(2)指定模型材料屬性 HFSS軟件

6、自帶材料庫，用戶也可以修改其中的材料屬性或者向材料庫添加新材料。 選中模型：【Modeler】【Assign Material】（3）分配邊界條件天線處在空氣中，新建一個(gè)空氣塊包圍住天線，作為求解電磁場的空間，在空氣塊表面設(shè)置“輻射邊界條件”，模擬開放的自由空間，常用于天線分析。 注：為保證計(jì)算準(zhǔn)確度，輻射邊界距離輻射體不小于1/4工作波長。 選中空氣塊： 【HFSS】【Boundaries】【Assign】 【Radiation】 Name項(xiàng)自己命名或者直接采用默認(rèn)。（4）設(shè)置端口激勵(lì) HFSS中最常用：波端口激勵(lì)Wave Port、集總端口激勵(lì)Lumped Port。同軸線端使用集總端口激

7、勵(lì)即可，設(shè)置端口阻抗為50。 建好的同軸線模型 【Draw】【Circle】 新建一個(gè)非實(shí)體圓形面作為集總端口平面 選中該圓形面【HFSS】【Excitations】【Assign】 【Lumped Port】 將該圓形面上指定為集總端口平面 根據(jù)實(shí)際場分布繪制集總端口終端線：由同軸線內(nèi)芯外表面指向屏蔽層內(nèi)表面4.求解設(shè)置：頻率、收斂誤差、掃頻分析、網(wǎng)格剖分（1）頻率和收斂標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置：【HFSS】【Analysis Setup】 【Add Solution Setup】輸入頻率：13.56MHz 自適應(yīng)網(wǎng)格剖分過程中，每次網(wǎng)格細(xì)化的迭代過程叫做一個(gè)Pass，HFSS會基于當(dāng)前網(wǎng)格計(jì)算出的S參數(shù)（

8、或能量E、頻率F），和上一次計(jì)算結(jié)果比較，如果求出的誤差S小于設(shè)置的收斂標(biāo)準(zhǔn)，表示解已經(jīng)收斂，自適應(yīng)網(wǎng)格剖分計(jì)算完成。波端口激勵(lì)和集總端口激勵(lì)問題使用S作為收斂誤差的判斷標(biāo)準(zhǔn)。 網(wǎng)格細(xì)分前后的S小于Maximum Delta S設(shè)定值時(shí)，停止繼續(xù)細(xì)化，否則網(wǎng)格細(xì)化會一直進(jìn)行下去，直到設(shè)定的最大迭代次數(shù)為止。（2）掃頻分析：分析某個(gè)頻段內(nèi)S參數(shù)和場解 【HFSS】【Analysis Setup】 【Add Solution Setup】 三種掃頻類型：快速掃頻、離散掃頻、插值掃頻經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則：fmax/fmin4：快速掃頻fmax/fmin4：插值掃頻離散掃頻使用較少5.設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算（1）設(shè)計(jì)檢查 【HFSS】【Validation Check】（1）運(yùn)行仿真計(jì)算 【HFSS】【Analyze All】右下角進(jìn)度窗口：Running左下角信息管理窗口：completion6.數(shù)據(jù)后處理：場分布繪制（1）建立觀察非實(shí)體平面 【Draw】【Plane】（2）選中該非實(shí)體平面，右鍵“Field Overlays”，選擇磁場強(qiáng)度H的瞬時(shí)值Mag_H單擊Done計(jì)算完成，雙擊彩虹顯示框可以設(shè)置顯示方式 動態(tài)演示：右鍵想查看的結(jié)果，選擇“Animate”，添加新動態(tài)演示或者刪除之前的設(shè)定。 編輯激勵(lì)源的幅度和相位： 右鍵“Field Over