1、12?1.HFSS简介?2.HFSS使用?3.举例说明?4.参考文件22020/3/21HFSS（High Frequency Simulator Structure）是美国Ansoft公司开发的全波三维电磁仿真软件，采用有限元算法。?Windows图形用户界面，简洁直观；?自动化的设计流程，易学易用；?稳定成熟的自适应网格剖分技术，结果准确；32020/3/21航空、航天、电子、半导体等领域：?1.射频和微波无源器件设计?2.天线、天线阵列设计?3.高速数字信号完整性分析?4.EMC/EMI分析?5.电真空器件设计?6.目标特性研究和雷达反射截面仿真?7.计算SAR?8.光电器件仿真设计42
2、020/3/21?2.1 工作环境介绍工作环境介绍?2.2 建立HFSS工程的一般过程52020/3/21 菜单栏工具栏状态栏3D模型窗口工程管理窗口信息管理窗口进度窗口特性窗口62020/3/211.File1.File菜单：菜单：管理HFSS工程文件以及进行打印操作 新建工程打开工程最近打开的文件打印操作关闭工程退出存盘操作72020/3/21?2.Edit2.Edit菜单：菜单：修正3D模型及进行撤销和恢复等操作82020/3/213.View菜单：显示/隐藏子窗口、更改模型显示方式92020/3/214.Project菜单：添加设计文件，管理工程变量102020/3/215.Draw菜
3、单：添加设计文件，管理工程变量112020/3/216.Modeler菜单：导入导出模型，模型布尔操作122020/3/217.HFSS菜单：管理分析设置操作132020/3/218.Tools 菜单：修改当前物体材料的库文件，运行脚本文件142020/3/21一般步骤：?1.启动软件，新建设计工程；?2.选择求解类型；?3.创建参数化设计模型：构造几何模型?指定模型材料属性?分配边界条件?设置端口激励；?4.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分；?5.设计检查和运行仿真计算；?6.数据后处理：S参数、场分布、电流分布、谐振频率、品质因数、天线辐射方向图等。152020/3/21162
4、020/3/211.启动软件，新建设计工程；注：“另存为”路径名不要带汉字172020/3/212.选择求解类型；【HFSS】?【Solution Type】?Driven ModalDriven Modal模式驱动模式驱动求解类型：计算无源、高频结构的S参数时可选此项，如微带、波导、传输线结构；Driven Terminal终端驱动终端驱动求解类型：计算多导体传输线端口的S参数，由终端电压和电流描述S矩阵；Eigemode本征模本征模求解类型：主要用于谐振问题的设计，计算谐振结构的频率和场分布、谐振腔体的无载Q值。182020/3/213.创建参数化设计模型：构造几何模型?指定模型材料属性?
5、分配边界条件?设置端口激励；（1）构造几何模型构造模型基本操作：坐标+尺寸+布尔+变换布尔运算【Modeler】?【Boolean】合并Unite：多个物体生成一个物体；相减Subtract：一个物体减去另一个物体；相交Intersect：截取多个物体重叠部分；分裂split：沿某坐标平面将物体分裂；192020/3/21几何变换【Edit】?【Arrange】/【Duplicate】平移Move：沿指定矢量线移动至新位置；旋转Rotate：沿指定坐标轴转动；镜像移动Mirror：移动物体至指定平面的镜像位置；沿线复制Along line：沿指定矢量线复制模型；绕轴复制Along Axis：沿
6、指定坐标轴复制模型；镜像复制：沿指定镜面复制模型；202020/3/21设置长度单位【Modeler】?【Units】设置mm为默认长度单位，模型具体单位可改212020/3/21变量的使用【Project】?【Project Variables】222020/3/21(2)指定模型材料属性HFSS软件自带材料库，用户也可以修改其中的材料属性或者向材料库添加新材料。选中模型：【Modeler】?【Assign Material】232020/3/21（3）分配边界条件天线处在空气中，新建一个空气块包围住天线，作为求解电磁场的空间，在空气块表面设置“辐射边界条件”，模拟开放的自由空间，常用于天线
7、分析。注：为保证计算准确度，辐射边界距离辐射体不小于1/4工作波长。242020/3/21选中空气块：【HFSS】?【Boundaries】?【Assign】?【Radiation】Name项自己命名或者直接采用默认。252020/3/21（4）设置端口激励HFSS中最常用：波端口激励Wave Port、集总端口激励Lumped Port。同轴线端使用集总端口激励即可，设置端口阻抗为50。建好的同轴线模型262020/3/21【Draw】?【Circle】新建一个非实体圆形面作为集总端口平面272020/3/21选中该圆形面【HFSS】?【Excitations】?【Assign】?【Lump
8、ed Port】将该圆形面上指定为集总端口平面282020/3/21根据实际场分布绘制集总端口终端线：由同轴线内芯外表面指向屏蔽层内表面292020/3/214.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分（1）频率和收敛标准设置：【HFSS】?【Analysis Setup】?【Add Solution Setup】输入频率：13.56MHz302020/3/21自适应网格剖分过程中，每次网格细化的迭代过程叫做一个Pass，HFSS会基于当前网格计算出的S参数（或能量E、频率F），和上一次计算结果比较，如果求出的误差S小于设置的收敛标准，表示解已经收敛，自适应网格剖分计算完成。波端口激励和集
9、总端口激励问题使用S作为收敛误差的判断标准。网格细分前后的S小于Maximum Delta S设定值时，停止继续细化，否则网格细化会一直进行下去，直到设定的最大迭代次数为止。312020/3/21（2）扫频分析：分析某个频段内S参数和场解【HFSS】?【Analysis Setup】?【Add Solution Setup】322020/3/21三种扫频类型：快速扫频、离散扫频、插值扫频经验准则：fmax/fmin4：快速扫频fmax/fmin4：插值扫频离散扫频使用较少332020/3/215.设计检查和运行仿真计算（1）设计检查【HFSS】?【Validation Check】342020
10、/3/21（1）运行仿真计算【HFSS】?【Analyze All】右下角进度窗口：Running左下角信息管理窗口：completion352020/3/216.数据后处理：场分布绘制（1）建立观察非实体平面【Draw】?【Plane】362020/3/21（2）选中该非实体平面，右键“Field Overlays”，选择磁场强度H的瞬时值Mag_H372020/3/21单击Done382020/3/21计算完成，双击彩虹显示框可以设置显示方式392020/3/21402020/3/21412020/3/21动态演示：右键想查看的结果，选择“Animate”，添加新动态演示或者删除之前的设定。422020/3/21432020/3/21编辑激励源的幅度和相位：右键“Field Overlays”，选择“Edit Sources”选择两个天线之间的相位差和功率442020/3/21偏实用：HFSS电磁仿真设计应用详解，李明洋著，人民邮电出版社，注重软件使用偏理论：HFSS原理与工程应用，谢拥军著，科学出版社，注重HFSS原理等，理论性较强更多实例见参考书452020/3/21谢谢大家！欢迎探讨！462020/3/21
