Microsoft Word - HFSS软件系统介绍.doc

目 录 第 1 篇 HFSS 软 件 系 统 介 绍... 2 1 3D 窗 口 简 介... 2 2 软 件 系 统 文 件 的 基 本 介 绍... 5 3 3D 建 模 概 述... 6 4 视 图 窗 口 的 操 作... 7 5 应 用 结 构 的 变 换... 9 6 局 部 坐 标 系... 10 7 几 何 参 数 设 置... 12 第 2 篇 T 型 波 导 腔 体 内 场 分 析... 14 1 创 建 工 程... 14 2 创 建 模 型... 15 3 建 立 并 求 解... 20 4 比 较 结 果... 23 第 3 篇 感 想 和 体 验... 25 1

第 1 篇 HFSS 软 件 系 统 介 绍 HFSS(High Frequency Structrue Simulator) 软 件 由 美 国 Ansoft 公 司 开 发, 是 三 维 电 磁 场 仿 真 软 件 它 应 用 切 向 矢 量 有 限 元 法, 可 求 解 任 意 三 维 射 频 微 波 器 件 的 电 磁 场 分 布, 计 算 由 于 材 料 和 辐 射 带 来 的 损 耗 可 直 接 得 特 征 阻 抗 传 播 系 数 S 参 数 及 电 磁 场 辐 射 场 天 线 方 向 图 特 定 吸 收 率 等 结 果 广 泛 地 应 用 于 天 线 馈 线 滤 波 器 多 工 器 功 分 器 环 行 器 光 电 器 件 隔 离 器 的 设 计 和 电 磁 兼 容 电 磁 干 扰 天 线 布 局 和 互 耦 等 问 题 的 计 算 1 3D 窗 口 简 介 Ansoft HFSS 3D 模 型 编 辑 器 使 用 简 便 灵 活, 并 具 有 全 参 数 化 建 模 的 强 大 功 能, 无 需 编 辑 复 杂 的 宏 / 模 型 来 实 现 在 此 主 要 介 绍 HFSS 的 3D 建 模 过 程 通 过 对 这 些 基 本 概 念 的 理 解, 我 们 可 以 快 速 利 用 3D 参 数 建 模 器 提 供 的 所 有 特 色 功 能 HFSS 软 件 的 3D 界 面 如 下 图 所 示 : 1.1 主 菜 单 与 工 具 条 主 菜 单 在 软 件 主 窗 口 的 顶 部, 包 括 File Edit Project Draw 3D Modeler HFSS Tools Window Help 这 些 下 拉 菜 单 工 具 条 在 主 菜 单 的 下 一 行, 是 一 些 常 用 设 置 的 图 标 1.2 工 程 树 工 程 树 包 括 所 有 打 开 的 HFSS 工 程 文 件, 每 个 工 程 文 件 一 般 包 括 几 何 模 型 模 型 的 边 界 条 件 材 料 定 义 场 的 求 解 后 处 理 信 息 等 工 程 树 中 第 一 个 节 点 是 工 程 的 名 称, 默 认 名 一 般 为 Project n,n 代 表 当 前 加 入 的 第 n 个 设 计, 在 该 节 点 下 包 括 模 型 的 所 有 特 定 数 据 包 括 : Model: 建 立 的 模 型 Boundaries: 边 界 条 件 定 义 在 问 题 区 以 及 物 体 表 面 的 边 沿 入 的 场 特 性, 包 括 良 导 体 表 面 阻 抗 表 面 主 表 面 从 表 面 集 总 元 件 表 面 等 2

Excitations: 激 励 源 定 义 某 物 体 或 某 表 面 的 电 磁 场 的 源 以 及 电 荷 电 流 电 压 等 情 况 包 括 端 口 集 总 端 口 入 射 端 口 电 压 源 电 流 源 等 Mesh Operation: 网 格 设 置 定 义 网 格 的 划 分, 即 网 格 晶 元 Analysis: 分 析 包 括 求 解 设 置, 定 义 软 件 如 何 计 算 求 解 Optimetrics: 优 化 包 括 所 有 优 化 设 置 Results: 结 果 包 括 所 有 后 处 理 生 成 的 结 果 报 告 Port Field Display: 显 示 模 型 的 端 口 场 分 布 Field Overlays: 显 示 模 型 的 端 口 场 分 布 Field Overlays: 显 示 某 物 体 表 面 的 基 本 或 衍 生 的 场 分 布 情 况 Radiation: 设 置 近 场 远 场 1.3 绘 图 历 史 树 绘 图 窗 绘 图 历 史 树 包 括 绘 制 的 所 有 的 几 何 模 型, 以 及 模 型 的 编 辑 材 料 定 义 等 绘 图 历 史 树 右 侧 是 绘 图 窗, 在 该 区 绘 制 几 何 模 型 1.4 属 性 窗 属 性 窗 显 示 在 工 程 树 绘 图 历 史 树 或 绘 图 区 中 选 中 的 某 一 项 的 属 性, 可 以 进 行 编 辑 在 属 性 窗 中 可 编 辑 的 参 数 是 不 定 的, 其 标 签 页 的 名 称 也 不 定, 均 由 所 选 中 的 项 的 类 型 决 定 3

1.5 信 息 窗 信 息 窗 显 示 与 工 程 创 建 过 程 相 关 的 各 种 信 息, 例 如 工 程 设 置 的 错 误 信 息 分 析 过 程 的 设 置 信 息 等 1.6 进 程 窗 进 程 窗 在 执 行 仿 真 时, 监 视 仿 真 的 进 度, 仿 真 的 每 一 步 都 有 显 示 1.7 状 态 条 / 坐 标 输 入 Ansoft HFSS 桌 面 窗 口 底 部 状 态 条 显 示 的 坐 标 输 入 区, 在 创 建 结 构 模 型 时, 用 于 确 定 物 体 一 个 点 的 坐 标 或 偏 移 量 在 不 创 建 物 体 时, 光 标 保 持 非 激 活 状 态 并 且 被 设 定 为 动 态 选 择 状 态 1.8 网 格 平 面 为 了 使 创 建 模 型 基 本 单 元 的 工 作 变 得 简 单,Ansoft HFSS 使 用 了 网 格 平 面 或 画 图 平 面 画 图 平 面 不 会 把 使 用 者 限 制 于 两 维 坐 标, 而 只 是 作 为 一 个 向 导 来 简 化 创 建 模 型 的 基 本 单 元 画 图 平 面 由 激 活 的 网 格 平 面 来 表 示 ( 网 格 平 面 不 一 定 是 可 见 的 ) 设 置 如 下 图 4

2 软 件 系 统 文 件 的 基 本 介 绍 2.1 创 建 工 程 从 主 菜 单 File\New, 创 建 一 个 新 工 程 ; 再 选 File\Save As, 则 以 新 路 径 名 称 保 存 该 工 程 工 程 文 件 以 *.hfss 保 存 2.2 模 型 视 图 模 型 视 图 有 多 种, 包 括 移 动 旋 转 放 大 缩 小 等 移 动 : 由 主 菜 单 选 View\Pan, 或 者 按 下 Shift 键 的 同 时 点 左 键 移 动 鼠 标, 可 以 移 动 模 型 旋 转 : 由 主 菜 单 选 View\Rotate, 或 者 按 下 Alt 键 的 同 时 点 左 键 移 动 鼠 标, 可 以 旋 转 模 型 缩 放 : 由 主 菜 单 选 View\Zoom, 或 者 同 时 按 下 Alt Shift 键, 点 左 键 移 动 鼠 标 可 以 放 大 缩 小 模 型 向 上 移 是 放 大 视 图, 向 下 移 是 缩 小 视 图 适 中 显 示 : 同 时 按 下 Ctrl D 键, 可 以 将 模 型 适 中 显 示 其 它 操 作 还 有 Zoom In,Zoom Out 等 2.3 复 制 粘 贴 由 主 菜 单 选 Edit\Copy To Clipboard, 可 将 模 型 复 制 到 剪 贴 板, 再 粘 贴 到 Word PowerPoint 等 基 于 Windows 的 程 序 中, 此 操 作 也 可 复 制 工 程 的 分 析 结 果 图 2.4 各 种 HFSS 文 件 一 个 *.hfss 文 件 包 含 所 有 与 工 程 相 关 的 文 件 常 见 的 文 件 及 文 件 夹 类 型 包 括 : design_name.hfssresults: 文 件 夹, 保 存 设 计 的 结 果 数 据 project_name.hfssresults: 文 件 夹, 保 存 工 程 的 结 果 数 据 project_name.asol: 文 件, 保 存 工 程 的 场 数 据 结 果 如 果 求 解 不 合 适, 则 该 文 件 可 能 为 空 保 存 在 project_name.hfssresults 文 件 夹 内.pjt:HFSS 软 件 8.5 以 及 更 早 版 本 的 工 程 文 件.anfp:Ansoft 的 PCB 中 性 文 件 2.5 导 出 文 件 由 主 菜 单 选 3D Modeler\Export, 选 择 保 存 路 径 命 名, 将 保 存 类 型 下 拉 展 开, 选 择 要 导 出 的 文 件 类 型 即 可 *.sm2: 二 维 模 型 文 件, 只 包 含 XY 平 面 *.sat 或 *.sm3 : 三 维 模 型 文 件, 前 者 ACIS 几 何 固 态 模 型 文 件, 后 者 为 ACIS2.0 版 或 更 高 版 本 中 的 HFSS 三 维 模 型 文 件 如 果 选 择 *.sm3, 则 还 要 选 择 ACIS SM3 的 版 本 图 表 文 件 : 包 括 *.bmp, *.gif, *.jpeg, *.tiff, *.wrl 等 格 式 数 据 列 表 文 件 :*.txt 为 后 处 理 格 式 文 件,*.csv 为 逗 号 分 隔 文 件,*,tab 为 Tab 键 分 隔 文 件, *.dat 为 曲 线 数 据 文 件 方 法 : 分 析 出 结 果 后, 由 主 菜 单 选 Report2D\Export, 选 择 保 存 路 径 命 名, 将 Save as type 下 拉 列 展 开, 选 择 要 导 出 的 文 件 类 型 即 可 2.6 导 出 矩 阵 数 据 在 工 程 树 的 Analysis\setup n 项 上, 点 右 键, 选 择 Matrix Data, 出 现 Solution Data 窗, 默 认 Matrix Data 标 签 页, 选 择 想 查 看 的 矩 阵 类 型, 包 括 S matrix, Y matrix, Z matrix, Gamma, Z 等 参 数 点 Export, 在 弹 出 的 新 窗 口, 选 择 保 存 路 径 命 名, 将 保 存 类 型 下 拉 列 展 开, 选 择 要 导 出 的 文 件 类 型 即 可 包 括 : *.tab: 数 据 列 表 文 件 将 S 矩 阵 的 各 项 按 顺 序 列 出, 包 括 数 据 头, 以 Tab 键 隔 开 *.snp:touchstone S 参 数 文 件 后 缀 名 中 的 N 代 表 有 N 个 端 口 *.nmf: 中 性 文 件 *.m:matlab 文 件 S Y Z 矩 阵 的 各 项 按 顺 序 列 出 5

*.cit:citifile 格 式 文 件 2.7 导 入 文 件 由 主 菜 单 选 3D Modeler\Import, 选 择 查 找 路 径, 将 文 件 类 型 下 拉 死 展 开, 选 择 要 导 出 的 文 件 类 型, 选 择 要 导 入 的 文 件 名 即 可 *.gds: 二 维 几 何 设 计 布 局 数 据 的 标 准 文 件 格 式 *.dxf:autocad 绘 图 交 换 格 式 文 件 *.geo:hfss 固 态 模 型 文 件 *.iges,*.igs: 初 始 图 形 交 换 规 格 (IGES) 的 工 业 标 准 文 件 同 样 也 可 导 入 求 解 数 据 数 据 列 表 等 3 3D 建 模 概 述 3.1 原 始 模 型 在 实 体 建 模 中, 基 本 元 素 或 基 本 物 体 通 常 被 称 作 为 原 始 模 型 例 如 长 方 体 圆 柱 体 矩 形 圆 等 都 是 原 始 模 型 原 始 模 型 分 为 两 种 类 型 : 三 维 原 始 模 型 或 实 体 二 维 原 始 模 型 或 平 面 通 过 设 置 一 组 适 当 位 置 和 适 合 尺 寸 的 原 始 模 型, 我 们 能 创 建 一 个 代 表 复 杂 结 构 的 物 体 创 建 复 杂 的 物 体 时, 原 始 模 型 可 以 作 为 工 具 进 行 打 孔 裁 减 或 连 接 用 这 种 工 具 完 成 的 这 些 操 作 通 常 被 称 作 布 尔 运 算 二 维 原 始 模 型 可 以 创 建 成 任 意 形 状 的 实 体 模 型 3.2 二 维 物 体 的 创 建 有 以 下 几 种 二 维 物 体 可 供 选 择 : 矩 形 圆 线 点 曲 线 椭 圆 正 多 边 形 3.3 三 维 物 体 的 创 建 有 以 下 几 种 二 维 物 体 可 供 选 择 : 长 方 体 圆 柱 体 球 园 环 螺 旋 体 接 合 线 圆 锥 体 正 多 面 体 3.4 真 实 表 面 圆 圆 柱 体 球 体 等 都 可 以 用 真 实 表 面 表 示 3.5 捕 捉 模 式 作 为 图 形 选 择 的 一 种 辅 助 手 段, 图 形 编 辑 器 提 供 了 捕 捉 选 项 默 认 选 项 如 下 图 所 示 当 光 标 移 动 到 捕 捉 位 置 时, 活 动 光 标 将 动 态 地 改 变 形 状 6

3.6 移 动 默 认 情 况 下, 所 有 活 动 光 标 可 以 在 三 维 坐 标 下 运 动 当 然 也 可 以 设 置 光 标 仅 在 一 个 平 面 上 或 在 平 面 之 外 移 动 这 些 设 置 可 以 在 菜 单 选 项 中 Menu>3D Modeler>Movement Mode 中 进 行 除 此 之 外, 通 过 按 下 x y 或 z 键, 可 以 使 光 标 限 制 在 一 个 特 定 的 方 向 上 (x y 或 z) 移 动, 以 防 止 光 标 在 其 他 方 向 上 移 动 按 下 CTRL+Enter 键 可 以 设 置 一 个 本 地 参 考 点 这 对 在 一 个 已 经 存 在 的 物 体 上 创 建 几 何 模 型 是 非 常 有 用 的 3.7 导 入 在 3D 模 型 设 计 中, 可 以 从 外 部 导 入 图 形 文 件 选 择 菜 单 :3D Modeler > Import 下 图 中 所 列 的 文 件 格 式 都 是 支 持 的 但 在 你 的 许 可 文 件 (License) 中 还 需 要 一 个 附 加 的 转 换 特 性 选 件 才 可 以 导 入 这 类 文 件 3.8 修 复 自 动 修 复 导 入 的 实 体 模 型 根 据 用 户 需 求 导 入 后 手 动 修 复 3.9 3D 模 型 分 析 基 于 用 户 输 入 的 面 实 体 区 域 分 析 问 题 列 表 ( 面 边 顶 点 ) 4 视 图 窗 口 的 操 作 利 用 下 面 的 命 令, 用 户 可 以 在 任 何 时 候 ( 甚 至 在 生 成 图 形 的 过 程 中 ) 改 变 视 图 : 4.1 工 具 条 旋 转 (Rotate) 几 何 结 构 将 会 围 绕 坐 标 系 旋 转 平 移 (Pan) 结 构 将 在 平 面 区 域 移 动 动 态 缩 放 (Dynamic Zoom) 鼠 标 向 上 滚 动 将 增 大 缩 放 因 子, 向 下 滚 动 将 会 减 小 缩 放 因 子 放 大 / 缩 小 (Zoom IN/Out) 在 这 种 模 式 下, 通 过 拖 动 鼠 标 可 以 形 成 一 个 变 化 的 矩 形 框, 释 放 鼠 标 后, 相 应 的 缩 放 倍 数 也 就 确 定 了 7

快 捷 键 预 先 定 义 的 视 图 改 变 视 图 是 一 个 使 用 频 率 很 高 的 操 作, 因 此 HFSS 软 件 提 供 了 一 些 非 常 有 用 的 快 捷 键 按 下 鼠 标 左 键 同 时 按 下 相 关 的 键, 拖 拽 鼠 标 可 以 完 成 以 下 动 作 : 1) ALT + 拖 拽 鼠 标 (Drag) 旋 转 此 外, 系 统 中 有 9 种 定 义 好 的 视 角, 只 要 按 住 ALT 键 并 在 下 图 所 示 的 坐 标 位 置 ( 黄 点 处 ) 双 击 鼠 标 即 可 显 示 相 应 视 角 的 图 形 2) Shift + 拖 拽 鼠 标 (Drag) 平 移 3) ALT + Shift + 拖 拽 鼠 标 (Drag) 动 态 缩 放 4.2 可 见 性 物 体 边 界 激 励 源 和 场 报 告 的 可 见 性 通 过 菜 单 View > Visibility 控 制 4.3 隐 藏 选 择 通 过 选 中 物 体 并 选 择 菜 单 View > Hide Selection > All Views, 可 以 将 选 中 的 物 体 设 置 为 隐 藏 4.4 修 饰 (Rendering) 通 过 选 择 菜 单 :View > Render > Wireframe 或 者 View > Render > Smooth Shaded, 可 以 改 变 所 选 物 体 的 装 饰, 使 其 显 示 轮 廓 线 或 平 滑 的 实 体 4.5 坐 标 系 选 择 如 下 菜 单 可 以 控 制 坐 标 系 的 视 图 : 可 见 性 : 通 过 切 换 菜 单 View > Coordinate System > Hide(Show) 使 视 图 中 的 坐 标 系 可 见 或 隐 藏 尺 寸 : 通 过 菜 单 View > Coordinate System > Small (Large) 使 视 图 显 示 小 坐 标 系 或 大 坐 标 系 4.6 背 景 颜 色 通 过 选 择 菜 单 :View >Modify Attributes > Background Color 来 设 置 背 景 颜 色 8

4.7 其 它 视 图 设 置 视 图 的 其 它 属 性 诸 如 项 目 取 向 和 亮 度 等 都 可 通 过 菜 单 View > Modify Attributes 来 设 置 5 应 用 结 构 的 变 换 到 目 前 为 止, 我 们 已 经 研 究 了 如 何 创 建 简 单 图 形 和 改 变 视 图 要 想 创 建 更 复 杂 的 模 型 或 减 少 手 工 创 建 的 物 体 数 目, 我 们 需 要 使 用 各 种 不 同 的 转 换 功 能 在 以 下 的 例 子 里 假 设 已 选 中 了 所 希 望 应 用 转 换 的 物 体 可 以 从 Edit > 菜 单 中 选 择 不 同 的 转 换 选 项 : Edit > Arrange( 重 新 排 列 ) > 平 移 (Move) 沿 着 一 个 矢 量 方 向 移 动 选 中 的 图 形 结 构 ; 旋 转 (Rotate) 以 给 定 的 角 度 绕 某 一 坐 标 轴 旋 转 图 形 ; 镜 像 (Mirror) 以 某 一 特 定 平 面 为 镜 像 面, 生 成 一 个 镜 像 图 形 ; 偏 移 (Offset) 在 X Y 和 Z 轴 方 向, 以 统 一 的 比 例 缩 放 Edit > Duplicate( 复 制 ) > 沿 直 线 复 制 (Along Lines) 沿 一 个 矢 量 方 向 创 建 被 选 中 物 体 的 复 多 个 副 本 ; 绕 轴 线 复 制 (Around Axis) 以 设 定 的 角 度 绕 x y 和 z 轴 创 建 选 中 物 体 的 多 个 副 本 ; 以 镜 像 面 复 制 (Mirror) 以 特 定 平 面 为 镜 像 面, 在 选 中 物 体 的 镜 像 位 置 创 建 一 个 镜 像 副 本 Edit > Scale( 比 例 缩 放 ) 允 许 在 X Y 和 Z 轴 方 向 上 以 不 同 的 比 例 缩 放 可 通 过 移 动 一 个 物 体 的 表 面 来 改 变 选 中 物 体 的 形 状 移 动 一 个 物 体 的 表 面, 选 择 菜 单 :3D Modeler > Surfaces > Move Faces 并 选 择 沿 法 向 方 向 (Along Normal) 或 者 沿 矢 量 方 向 (Along Vector) 即 可 通 过 布 尔 运 算 组 合 物 体 大 多 数 复 杂 的 模 型 都 是 由 简 单 的 原 形 组 合 而 成 即 便 实 体 模 型 也 是 由 简 单 的 二 维 原 形 沿 一 个 矢 量 或 绕 一 个 轴 旋 转 而 成 的 ( 如 长 方 体 是 一 个 矩 形 沿 一 个 矢 量 方 向 平 移 至 其 厚 度 而 成 的 ) 实 体 模 型 有 以 下 几 种 布 尔 运 算 : 相 加 (Unite) 多 个 原 形 相 加 连 接 不 关 联 的 物 体 分 离 的 物 体 仍 然 分 离, 但 第 二 种 材 料 的 属 性 将 改 变 相 减 (Subtract) 从 一 个 原 形 中 去 掉 另 一 个 原 形 嵌 入 的 部 分 分 裂 (Split) 将 原 形 分 成 多 个 部 分 ; 相 交 (Intersect) 仅 保 存 多 个 原 形 重 叠 的 部 分 ; 扫 掠 (Sweep) 沿 着 一 个 矢 量 方 向 一 个 轴 一 条 特 定 路 径 扫 掠 即 可 生 成 一 个 实 体 ; 连 接 (Connect) 连 接 二 维 图 形 使 用 覆 盖 表 面 命 令 (Cover Surface) 将 这 些 连 接 的 物 体 转 变 成 实 体 ; 截 面 (Section) 生 成 三 维 物 体 的 二 维 截 面 大 多 数 的 布 尔 运 算 都 有 一 个 基 本 原 形 在 这 个 基 本 原 形 进 行 布 尔 运 算 后, 基 本 原 形 物 体 的 属 性 被 保 留 布 尔 函 数 提 供 克 隆 物 体 的 选 项 9

切 分 物 体 (Split Crossing Objects) 当 选 中 多 个 物 体 时, 布 尔 切 分 运 算 可 以 在 任 何 重 叠 的 物 体 上 进 行 切 分 操 作 6 局 部 坐 标 系 建 立 局 部 坐 标 系 的 功 能 对 创 建 复 杂 结 构 的 物 体 提 供 了 很 大 的 灵 活 性 在 前 几 章 我 们 讨 论 了 全 局 坐 标 系 下 的 物 体 局 部 坐 标 系 简 化 了 物 体 在 全 局 坐 标 系 中 的 定 义 此 外, 物 体 历 史 记 录 的 定 义 与 坐 标 有 关 若 坐 标 系 移 动, 则 几 何 图 形 也 随 之 移 动 坐 标 系 统 的 定 义 保 留 在 模 型 树 结 构 中 6.1 作 坐 标 系 工 作 坐 标 系 是 指 当 前 选 中 的 坐 标 系 它 可 以 是 一 个 局 部 的 也 可 以 是 全 局 的 坐 标 系 6.2 全 局 坐 标 系 默 认 的 固 定 坐 标 系 6.3 相 对 坐 标 系 用 户 利 用 偏 移 旋 转 或 同 时 使 用 偏 移 和 旋 转 定 义 的 局 部 坐 标 系 6.4 面 坐 标 系 统 10

用 户 在 一 个 物 体 表 面 定 义 的 局 部 坐 标 系 如 果 该 物 体 的 尺 寸 发 生 变 化, 所 有 在 这 个 面 坐 标 系 创 建 的 物 体 都 会 自 动 更 新 创 建 面 坐 标 系, 选 择 菜 单 :3D Modeler >Coordinate System >Face 选 择 某 个 面 ( 模 型 图 中 会 加 亮 ) 选 择 面 坐 标 的 原 点 设 置 X 轴 新 建 坐 标 系 第 一 步 : 选 择 面 第 二 步 : 选 择 原 点 第 三 步 : 选 择 X 轴 第 四 步 : 新 建 坐 标 轴 6.5 面 坐 标 系 举 例 11

7 几 何 参 数 设 置 HFSS 提 供 的 参 数 化 模 型 能 力 使 我 们 可 以 用 变 量 代 替 固 定 位 置 或 尺 寸 一 旦 这 个 变 量 被 定 义, 这 个 变 量 就 可 以 被 使 用 者 或 优 化 器 改 变 优 化 器 进 一 步 使 用 这 个 变 量 自 动 完 成 优 化 参 数 扫 描 统 计 或 灵 敏 度 分 析 7.1 定 义 参 数 选 择 参 数 命 令 选 定 要 改 变 的 值 输 入 变 量 来 代 替 固 定 值 用 任 意 数 学 函 数 或 设 计 变 量 的 组 合 来 定 义 变 量 使 用 变 量 后, 模 型 会 自 动 更 新 7.2 变 量 在 HFSS 桌 面 上 可 以 定 义 两 种 类 型 的 变 量 : 设 置 属 性 仅 限 于 当 前 模 型 设 计 当 前 模 型 变 量, 选 择 菜 单 :HFSS > Design Properties 工 程 变 量 全 局 模 型 所 有 的 全 局 变 量 以 $ 开 头, 选 择 菜 单 :Project > Project Variables 12

7.3 单 位 定 义 变 量 时 必 须 包 含 变 量 的 单 位 变 量 的 默 认 单 位 是 米 7.4 公 式 变 量 可 以 包 含 复 杂 的 公 式 如 在 确 定 画 图 位 置 时 可 以 用 公 式 来 表 示, 如 三 角 函 数 等 7.5 基 于 曲 线 和 面 的 公 式 通 过 三 维 方 程 可 以 描 述 任 何 曲 线 和 面 7.6 动 画 在 3D 模 型 窗 口 点 击 鼠 标 右 键, 在 出 现 的 菜 单 上 选 择 Animate 预 览 参 数 变 化 结 果 注 意 : 在 图 形 特 性 图 中 可 以 选 择 导 出 AVI 或 GIF 文 件 13

第 2 篇 T 型 波 导 腔 体 内 场 分 析 1 创 建 工 程 1.1 打 开 HFSS 并 保 存 新 工 程 运 行 HFSS 软 件 后, 自 动 创 建 一 个 新 工 程 :Project1 由 主 菜 单 选 File\Save as, 保 存 在 目 标 盘 自 建 的 文 件 夹 内, 命 名 为 Exl1_Tee 1.2 插 入 HFSS 设 计 由 主 菜 单 选 Project\Insert HFSS Design, 则 一 个 新 项 目 自 动 加 入 到 工 程 树 中, 默 认 名 为 HFSSModel1 同 时, 在 工 程 树 的 右 侧 出 现 绘 图 窗 口 在 工 程 树 中 选 择 HFSSModel1, 点 右 键, 选 择 Rename 项, 将 设 计 命 名 为 TeeModel 1.3 选 择 求 解 类 型 由 主 菜 单 选 HFSS\Solution Type, 在 弹 出 对 话 窗 选 择 Driven Modal 项 1.4 设 置 单 位 由 主 菜 单 选 3D Modeler\Units, 在 Set Model Units 对 话 窗 中 选 择 in 项 14

2 创 建 模 型 2.1 创 建 长 方 体 绘 制 一 个 长 方 体 : 由 主 菜 单 选 Draw\Box; 按 下 Tab 键 切 换 到 参 数 设 置 区 ( 在 工 作 区 的 右 下 角 ), 设 置 长 方 体 的 基 坐 标 (x, y, z)(0, 0.45, 0) 数 据 输 入 时 用 Tab 键 左 右 移 动, 按 下 Enter 键 确 认 后, 输 入 长 方 体 的 长 各 宽 (dx, dy, dz) 为 (2, 0.9, 0), 再 按 下 Enter 键 确 认, 输 入 高 度 (0, 0, 0.4), 按 Enter 键 确 认 注 意 : 在 设 置 未 全 部 完 成 时 不 要 在 绘 图 区 中 点 击 鼠 标! 定 义 长 方 体 属 性 : 设 置 完 几 何 尺 寸 后, 自 动 弹 出 该 长 方 体 的 属 性 对 话 窗 选 择 Attribute 标 签 页, 将 Name 项 改 为 Tee,Material 项 保 持 为 Vacuum 不 变, 点 击 Transparent 项 的 数 值 条, 在 弹 出 窗 口 移 动 滑 条 使 其 值 为 0.4, 提 高 透 明 度, 如 下 图 所 示 设 置 完 毕 后, 按 下 Ctrl+D 键, 将 长 方 体 适 中 显 示, 如 图 下 所 示 15

定 义 波 形 端 口 : 按 下 F 键 转 换 到 面 选 择 状 态, 选 中 长 方 体 平 行 于 yz 面 x=2 的 平 面, 再 点 右 键, 选 项 Assign Excitation\Wave Port 项, 弹 出 Wave port 界 面, 输 入 名 称 Port1, 点 Next: 点 击 Integration Line 项 选 New line, 则 提 示 绘 制 区 该 面 的 下 边 缘 中 部 即 (2, 0, 0) 处 点 左 键, 确 定 端 口 起 始 点, 再 选 上 边 缘 中 部 即 (2, 0, 0.4) 处, 作 为 端 口 终 点 此 时, 弹 出 Wave Port 对 话 窗, 默 认 设 置, 点 Next, 点 Finish 结 束 在 工 程 树 中 选 Teemodel\Excitations\Port1 项, 可 选 中 该 端 口, 如 下 图 所 示 提 示 : 按 下 Alt 键 的 同 时, 点 左 键 移 动 鼠 标 可 以 旋 转 模 型 按 Shift 键 的 同 时, 点 左 键 移 动 鼠 标 可 以 移 动 模 型 同 时 按 下 Alt Shift 键, 点 左 键 移 动 鼠 标 可 以 放 大 缩 小 模 型 2.2 复 制 长 方 体 设 置 复 制 参 数 : 由 主 菜 单 选 Tools\Options\HFSS Options, 在 弹 出 对 话 窗 的 General 页, 勾 选 Duplicate boundaries with geometry 项, 确 定 复 制 长 方 体 创 建 长 2 部 分 : 展 开 绘 图 历 史 树 的 Modelwacuum\Tee 节 点, 右 键 点 击 Tee 项, 选 择 Edit\Duplicate\Around Axis, 在 弹 出 对 话 窗 的 Axis 项 选 择 Z, 在 Angel 项 输 入 90deg, 在 Total Number 项 输 入 2, 点 OK 则 复 制 添 加 一 个 长 方 体, 默 认 名 为 Tee_1,Z 轴 成 90 度 夹 角 按 下 Ctrl+D 键, 适 中 显 示, 如 图 2 所 示 复 制 长 方 体 以 创 建 第 3 部 分 : 重 复 以 上 步 骤, 在 Angel 项 输 入 90, 则 添 加 第 3 个 长 方 体, 默 认 名 为 Tee_2, 即 Tee 沿 Z 轴 顺 时 针 旋 转 90 度 复 制 而 成, 如 下 图 所 示 16

2.3 组 合 长 方 体 检 查 设 置 : 由 主 菜 单 选 Tools\Options\3D Modeler Options, 在 弹 出 对 话 窗 的 Operation 页, 确 定 Clone tool objects before uniting 项 清 空 不 选, 如 下 图 所 示 组 合 : 按 下 O 键 切 换 到 物 体 选 择 状 态 选 中 第 1 个 长 方 体, 按 下 Ctrl 键 的 同 时 选 中 第 2 第 3 个 长 方 体 组 合 在 一 起, 形 成 了 一 个 T 型 接 头, 如 下 图 所 示 17

2.4 创 建 间 隔 绘 制 长 方 体 : 由 主 菜 单 选 Draw\Box, 在 绘 图 区 任 选 一 个 基 准 点, 在 XY 平 面 展 开 成 长 方 体, 点 左 键 确 定, 完 成 后 弹 出 属 性 对 话 窗 确 定 位 置 参 数 : 在 属 性 对 话 窗 的 Command 页, 在 Position 项 输 入 0.45in, offset 0.05in, 0in ( 注 意 : 由 于 还 没 有 定 义 offset 变 量, 数 据 输 入 时 要 带 上 单 位 in), 按 下 Enter 键, 则 弹 出 Add Variable 对 话 窗, 在 Value 项 输 入 0in, 点 OK, 回 到 属 性 对 话 窗, 如 下 图 所 示 调 整 长 方 体 尺 寸 : 仍 然 在 Command 页, 在 Xsize 项 输 入 0.45,Ysize 项 输 入 0.1,Zsize 项 输 入 0.4 18

命 名 : 在 属 性 对 话 窗 选 择 Attribute 标 签 页, 在 Name 栏 输 入 Septum, 其 它 不 变, 点 确 定 完 成 则 添 加 一 个 小 长 方 体, 作 为 间 隔, 如 下 图 所 示 由 T 型 接 头 中 减 去 间 隔 : 在 历 史 树 中 选 中 Tee 项, 按 下 Ctrl 键 的 同 时 再 选 中 Septum 项, 由 主 菜 单 选 3D Modeler\Boolean\Subtract, 在 弹 出 对 话 窗 中, 确 定 Tee 在 Blank Parts 列,Septum 在 Tool Parts 列 ( 即 将 间 隔 从 T 型 接 头 中 去 掉 ), 确 定 Clone tool objects before subtracting 项 清 空 不 选, 点 OK 完 成 最 终 的 结 构 如 下 图 所 示 19

3 建 立 并 求 解 3.1 添 加 求 解 设 置 在 工 程 树 中, 找 到 TeeMode\Analysis 节 点, 点 右 键, 选 择 Add Solution Setup, 弹 出 对 话 窗 在 General 标 签 页 的 Solution 项 输 入 10, 默 认 单 位 为 GHz, 在 Adaptive Solution 的 Maximum Number of Passes 项 设 为 3, 其 它 不 变, 点 确 定 则 在 Analysis 节 点 下 添 加 一 个 求 解 设 置 项, 默 认 名 为 Setup1, 如 下 图 所 示 20

添 加 频 率 扫 描 : 在 工 程 树 中 的 Setup1 项 上 点 右 键, 选 择 Add Sweep, 在 弹 出 对 话 窗 选 择 Interpolating 项, 其 具 体 设 置 默 认 不 变 ; 在 Type 栏 选 择 Linear Step, 定 义 频 率 范 围 为 :8-10GHz, 阶 长 0.05GHz, 点 OK 完 成 则 在 Setup1 节 点 下 增 加 一 个 频 率 扫 描 项, 默 认 名 为 Sweep1 3.2 确 认 设 计 由 主 菜 单 选 HFSS\Validation Check, 则 弹 出 确 认 检 查 窗 口, 对 设 计 进 行 确 认 全 部 完 成 且 没 有 错 误 时 Close 结 束 3.3 分 析 由 主 菜 单 选 HFSS\Analyze, 对 设 计 的 模 型 进 行 三 维 场 分 析 求 解 求 解 全 部 完 成 后, 在 信 息 管 理 区 会 出 现 确 定 信 息 21

3.4 移 动 间 隔 的 位 置 在 工 程 树 的 TeeModel 项 上 点 击 右 键, 选 择 Design Properties 项 在 弹 出 对 话 窗 的 Local Variables 标 签 页 中 选 择 Value 项, 在 Offset 参 数 的 Value 框 输 入 0.2( 即 Offset 变 量 的 值 为 0.2), 点 确 定 完 成 则 在 绘 图 窗 更 新 几 何 尺 寸, 如 下 图 所 示 3.5 重 新 分 析 在 工 程 树 的 Analysis 项 点 右 键, 选 择 Analyze, 重 新 进 行 3D 场 分 析 求 解 22

4 比 较 结 果 4.1 创 建 一 个 S 参 数 的 矩 形 曲 线 图 创 建 结 果 图 : 在 工 程 树 中 Results 项 上 点 右 键, 选 择 Create Report 在 弹 出 对 话 窗 的 Report Type 列 选 择 Modal S Parameters, 在 Display Type 列 选 择 Rectangular Plot, 点 OK 完 成, 则 弹 出 Traces 对 话 窗 设 置 曲 线 : 选 中 对 话 窗 中 部 的 Y 标 签 页, 在 Category 列 选 择 S parameter, 在 Quanity 列, 按 下 Ctrl 键 的 同 时 选 择 S(Port1,Port1) S(Port1,Port2) S(Port1,Port3) 项, 在 Function 列 选 择 mag, 在 X 标 签 页, 选 择 Use Primary Sweep 项 在 Sweeps 标 签 页 选 择 Sweep Design and Project variable values, 其 它 默 认, 点 Add Trace, 则 在 上 方 加 入 S11 S12 S13 参 数 曲 线, 点 Done 完 成 则 在 工 程 树 的 Results 项 下 加 入 该 图 表 项, 默 认 名 为 XYPlot1, 在 右 侧 窗 口 的 矩 形 图 中 显 示 不 同 间 隔 的 S 参 数 曲 线, 结 果 如 下 图 所 示 23

4.2 创 建 一 个 场 覆 盖 图 定 义 间 隔 的 位 置 : 确 定 Property 窗 口 已 经 打 开, 否 则 由 主 菜 单 选 择 View\Property Window, 显 示 Property 窗 口 在 工 程 树 中 选 择 TeeModel 项, 则 在 工 程 树 下 方 出 现 Variables 标 签 页, 在 Offset 变 量 的 Value 栏 输 入 :0 定 义 场 分 布 : 双 击 工 程 树 中 的 TeeModel 项, 返 回 绘 图 窗 口, 在 绘 图 区 点 右 键, 选 择 Select Faces 项, 再 点 左 键 选 择 T 型 头 的 上 表 面 由 主 菜 单 选 择 HFSS\Fields\Plot Fields\Mag_E, 在 弹 出 对 话 窗 的 Solution 项 选 Setup1:LastAdaptive, 其 余 默 认, 点 Done 完 成 则 在 工 程 树 的 Field Overlays 节 点 下 加 入 该 图, 默 认 名 为 Mag_E1, 在 T 型 接 头 的 上 表 面 显 示 场 分 布 情 况, 如 下 图 所 示 24

修 改 三 维 场 的 绘 制 属 性 : 在 工 程 树 中 选 择 Field Overlays\E Field 节 点 点 右 键 选 择 Modify Attributes, 则 出 现 属 性 对 话 框, 可 以 设 置 场 的 显 示 类 型 数 量 等 参 数 4.3 动 态 演 示 场 覆 盖 图 在 工 程 树 的 Mag_E1 上 点 右 键, 选 择 Animate 在 弹 出 对 话 窗 的 Swept Variable 标 签 页, 在 Swept Variable 列 选 择 Phase, 定 义 范 围 :0 160deg, 阶 长 8, 点 OK 完 成 在 出 现 Animation 对 话 窗, 可 以 控 制 演 示 的 进 程 包 括 开 始 停 止 演 示 速 度 帧 顺 序 等 注 意 观 察 场 分 布 的 情 况, 重 点 比 较 2 3 端 口 的 场 分 布 差 异, 并 比 较 场 分 布 情 况 和 前 一 个 演 示 有 何 不 同 停 止 演 示 4.4 保 存 并 退 出 HFSS 由 主 菜 单 或 工 具 栏 选 择 Save, 保 存 该 工 程 由 主 菜 单 选 File\Close, 关 闭 工 程 由 主 菜 单 选 File\Exit, 退 出 HFSS 软 件 第 3 篇 感 想 和 体 验 通 过 三 周 的 学 习, 我 已 经 基 本 掌 握 了 Ansoft HFSS 的 使 用 和 仿 真, 对 电 磁 场 的 的 理 论 知 识 有 了 更 为 深 刻 的 认 识 以 前 的 电 磁 场 学 习 只 是 建 立 在 理 论 基 础 上, 不 能 够 对 其 传 输 过 程 有 一 个 实 际 的 认 识 HFSS 这 个 软 件 的 3D 建 模 及 场 分 析 功 能 实 现 了 电 磁 场 从 理 论 到 实 际 的 过 程 HFSS 软 件 可 实 现 下 面 器 件 的 设 计 : 1. 射 频 和 微 波 器 件 设 计 HFSS 能 够 快 速 精 确 地 计 算 各 种 射 频 / 微 波 部 件 的 电 磁 特 性, 得 到 S 参 数 传 播 特 性 高 功 率 击 穿 特 性, 优 化 部 件 的 性 能 指 标, 并 进 行 荣 差 分 析, 帮 助 工 程 师 们 快 速 完 成 设 计 并 把 握 各 类 器 件 的 电 磁 特 性, 包 括 : 波 导 器 件 滤 波 器 转 换 器 耦 合 器 功 率 分 配 / 和 成 器, 铁 氧 体 环 行 器 和 隔 离 器 腔 体 等 2. 电 真 空 器 件 设 计 在 电 真 空 器 件 如 行 波 管 速 调 管 回 旋 管 设 计 中,HFSS 本 征 模 式 求 解 器 结 合 周 期 性 边 界 条 件, 能 够 准 确 地 方 针 器 件 的 色 散 特 性, 得 到 归 一 化 相 速 与 频 率 关 系, 以 及 结 构 中 的 电 磁 场 分 布, 包 括 H 场 和 E 场, 为 这 类 器 件 的 设 计 提 供 了 强 有 力 的 设 计 手 段 3. 天 线 天 线 罩 及 天 线 阵 设 计 仿 真 HFSS 可 为 天 线 及 其 系 统 设 计 提 供 全 面 的 仿 真 功 能, 25

精 确 方 针 计 算 天 线 的 各 种 性 能, 包 括 二 维 三 维 远 场 / 近 场 辐 射 方 向 图 天 线 增 益 轴 比 半 功 率 波 瓣 宽 度 内 部 电 磁 场 分 布 天 线 阻 抗 电 压 驻 波 比 S 参 数 等 目 标 特 性 研 究 和 RCS 仿 真 4. 高 速 互 连 结 构 设 计 随 着 频 率 的 不 断 提 高 和 信 息 传 输 速 度 的 不 断 提 高, 互 连 结 构 的 寄 生 效 应 对 整 个 系 统 的 性 能 影 响 已 经 成 为 制 约 设 计 成 功 的 关 键 因 素 MMIC RFIC 或 高 速 数 字 系 统 需 要 精 确 的 互 联 结 构 特 性 分 析 参 数 抽 取 HFSS 能 够 自 动 和 精 确 地 提 取 高 速 互 联 结 构 片 上 无 源 不 见 及 版 图 寄 生 效 应 5. 光 电 器 件 仿 真 设 计 HFSS 的 应 用 频 率 能 够 达 到 光 波 波 段 精 确 仿 真 光 电 器 件 的 特 性 HFSS 以 其 无 以 伦 比 的 仿 真 精 度 和 可 靠 性, 快 捷 的 仿 真 速 度, 方 便 易 用 的 操 作 界 面, 稳 定 成 熟 的 自 适 应 网 格 剖 分 技 术 使 其 成 为 高 频 结 构 设 计 的 首 选 工 具 和 行 业 标 准, 已 经 广 泛 地 应 用 于 航 空 航 天 电 子 半 导 体 计 算 机 通 信 等 多 个 领 域, 帮 助 工 程 师 们 高 效 地 设 计 各 种 高 频 结 构, 包 括 : 射 频 和 微 波 部 件 天 线 和 天 线 阵 及 天 线 罩, 高 速 互 连 结 构 电 真 空 器 件, 研 究 目 标 特 性 和 系 统 / 部 件 的 电 磁 兼 容 / 电 磁 干 扰 特 性, 从 而 降 低 设 计 成 本, 减 少 设 计 周 期, 增 强 竞 争 力 HFSS 软 件 功 能 的 强 大 广 泛 的 应 用 是 不 可 否 认 的, 我 所 学 的 使 用 还 仅 限 于 基 础 水 平, 对 元 器 件 的 设 计 和 仿 真 分 析 还 需 多 多 学 习 和 应 用, 以 达 到 综 合 使 用 的 效 果 26

微 波 EDA 网 视 频 培 训 教 程 推 荐 微 波 EDA 网 (www.mweda.com) 成 立 于 2004 年 底, 并 于 翌 年 与 易 迪 拓 培 训 合 并, 专 注 于 微 波 射 频 和 硬 件 工 程 师 的 培 养, 现 已 发 展 成 为 国 内 最 大 的 微 波 射 频 和 无 线 通 信 人 才 培 养 基 地 先 后 与 人 民 邮 电 出 版 社 电 子 工 业 出 版 社 合 作 出 版 了 多 本 专 业 图 书, 成 功 推 出 了 多 套 微 波 射 频 经 典 培 训 课 程 和 ADS HFSS 等 软 件 的 使 用 培 训 课 程, 广 受 工 程 技 术 学 员 的 好 评, 帮 助 数 万 名 工 程 师 提 升 了 专 业 技 术 能 力 客 户 遍 布 中 兴 通 讯 研 通 高 频 埃 威 航 电 国 人 通 信 等 多 家 国 内 知 名 公 司, 以 及 台 湾 工 业 技 术 研 究 院 永 业 科 技 全 一 电 子 等 多 家 台 湾 地 区 企 业 HFSS 中 文 视 频 培 训 课 程 套 装 国 内 最 全 面 和 专 业 的 HFSS 培 训 教 程 套 装, 包 含 5 套 视 频 教 程 和 2 本 教 材, 李 明 洋 老 师 讲 解 ; 结 合 最 新 工 程 案 例, 视 频 操 作 演 示, 让 HFSS 学 习 不 再 难 购 买 套 装 更 可 超 值 赠 送 3 个 月 免 费 学 习 答 疑, 让 您 花 最 少 的 成 本, 以 最 快 的 速 度 自 学 掌 握 HFSS 点 击 浏 览 详 情 两 周 学 会 HFSS 中 文 视 频 教 程 李 明 洋 主 讲, 视 频 同 步 操 作 演 示, 直 观 易 学 课 程 从 零 讲 起, 通 过 两 周 的 课 程 学 习, 可 以 帮 助 您 快 速 入 门 自 学 掌 握 HFSS, 真 正 做 到 让 HFSS 学 习 不 再 难 点 击 浏 览 详 情 HFSS 微 波 器 件 仿 真 分 析 实 例 中 文 视 频 教 程 HFSS 进 阶 培 训 课 程, 中 文 视 频, 通 过 十 个 HFSS 仿 真 设 计 工 程 应 用 实 例, 带 您 更 深 入 学 习 HFSS 的 实 际 应 用, 掌 握 HFSS 高 级 设 置 和 应 用 技 巧 点 击 浏 览 详 情 HFSS 天 线 设 计 入 门 中 文 视 频 教 程 HFSS 是 天 线 设 计 的 王 者, 该 教 程 全 面 解 析 了 天 线 的 基 础 知 识 HFSS 天 线 设 计 流 程 和 详 细 操 作 设 置, 让 HFSS 天 线 设 计 不 再 难 点 击 浏 览 详 情 PCB 天 线 设 计 和 HFSS 仿 真 分 析 实 例 中 文 视 频 教 程 详 细 讲 解 了 PCB 天 线 的 工 作 原 理 和 设 计 方 法 如 何 使 用 HFSS 来 设 计 分 析 PCB 天 线, 以 及 如 何 借 助 于 Smith 圆 图 工 作 来 调 试 天 线 的 匹 配 电 路, 改 善 天 线 性 能 点 击 浏 览 详 情 了 解 详 情, 请 查 看 微 波 EDA 网 (www.mweda.com/eda/hfss.html)

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