HFSS软件使用与实例仿真

HFSS软件使用与实例仿真 一、HFSS 简介： HFSS是利用我们所熟悉的windows图形用户界面的一款高性能的全波电磁场 (EM)段任意3D无源器件的模拟仿真软件。它易于学习，有仿真，可视化，立体建 模，自动控制的功能，使你的3D EM问题能快速而准确地求解。Ansoft HFSS使用 有限元法(FEM)，自适应网格划分和高性能的图形界面，能让你在研究所有三维 EM问题时得心应手。Ansoft HFSS能用于诸如S-参数，谐振频率和场等的参数计 算。典型的应用包括： 封装模型－BGA，QFP，Flip－Chip PCB板建模－电源/接地板，网格面，底板 硅/砷化镓－螺旋电感线圈，变压器 EMC/EMI－屏蔽防护层，耦合，近/远场辐射 天线/移动通信－贴片天线，偶极子，喇叭，等元电话天线，四臂螺旋天线， 吸收比(SAR),无限阵列，雷达横截面(RCS)及频率选择表面(FSS) ，连接器－同 轴电缆，SFP/XFP，底板，转换器，波导－滤波器，共鸣器，转换器，连接器， 滤波器－腔体滤波器，微带传输带，介质滤波器 HFSS是基于四面体网格元的交互式仿真系统。这使你能解决任意的3D几何 问题，尤其是那些有复杂曲线和曲面的问题，当然在局部会利用其他技术。 HFSS是高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写。 Ansoft公司最早在电磁仿真中使用如切线矢量有限元，自适应网格，和ALPS等有 限元法解决EM仿真问题。今天，HFSS继续以革新领导着这个产业，如模型对节点 和全波SPICE分析。 Ansoft HFSS 听取许多用户和工业界的意见，发展了很长一段时间。在业界， Ansoft HFSS 是高生产力研究，发展和虚拟的工具之一 二．HFSS 界面介绍： 1）HFSS常用窗口有： 项目管理窗口(Project Manager)，信息管理窗口(Message Manager)，属性 窗口(Property Window)，过程窗口(Progress Window)，三维模型窗口(3D Modeler Window) 等 2）HFSS设计窗口 （1）在Hfss界面上，每个项目可以有多个设计，每个设计都在不同的窗口 中显示 （2）可以同时打开和查看多个项目和设计窗口 （3）可以拖动标题栏来调整窗口位置，拖曳窗口的边界或角来调整它的大 小，也可以通过下面的菜单选项来调整：Window Cascade, Window >Tile Vertically, or Window > Tile Horizontally. （4）点击文件面板右上角的最小化符号来缩小设计窗口，此时在总窗口下 方会出现一个图标。如果其他文件被打开了，图标可能会不可见，必要 时调整窗口的大小。选择菜单条目Window > Arrange Icons来排列总窗 口底部的图标。 （5）选择菜单条目Window > Close All来关闭所有打开的设计，及时保存 没有保存的设计。 3）工具栏 （1）工具栏中的按钮都是些常用的命令，在HFSS初始屏幕上显示了很多可 用的工具栏按钮的解释，但是你的HFSS不一定是按照这种方法来排列的， 可以自定义一种方便的排列方式。 （2）一些工具栏总是显示着的，有些在你选择了相关类型的文件的时候会 显示。例如，当你在项目树里选择2D报告时，2D报告工具栏将会显示。 三．HFSS仿真初步： 1）设置求解器 求解器类型决定了结果的类型，激励源的设置和收敛情况。有以下几种求解 器： （1）模式驱动（Driven modal）：计算基于S参数的模型。S矩阵求解将根 据波导模式的入射和反射功率来描述。 （2）终端驱动（Driven Terminal）：计算基于多导线传输的S参数的终端。 S矩阵求解将以终端电压和电流的形式描述。 （3）本征模（Eignemode）：计算某一结构的本征模式或谐振，本征模解算 器可以求出该结构的谐振频率以及这些谐振频率下的场模式。 具体设置方法如下： （1）选择菜单条目HFSS>Solution Type （2）求解器类型窗口： 1）选择下面任何一个 1. Driven Modal 2. Driven Terminal 3. Eigenmode 2）点击OK按钮 2） 打开一个HFSS项目描述怎样打开一个已有的项目或者新建一个项目 （1) 新建一个工程 1. 选择菜单条目File > New. 2. 选择菜单条目Project > Insert HFSS Design. （2） 打开一个现有的项目 1. 选择菜单条目File > open，使用打开对话框来选择项目 2. 点击OPEN来打开项目 （3） 从浏览器中打开一个现有的项目 1. 可以从浏览器中打开一个项目 2 通过以下步骤来在浏览器中打开一个现有的项目 双击项目名称，右键点击项目并选择Open 3）创建并察看简单结构 创建3D结构图由以下几步完成： （1）. 设置网格平面 （2）. 创建物体的基本形状 （3）. 设置高度 下面以创建一个长方体为例： 设计一个长方体，我们需要建立三个点。前两个点确定矩形，然后再确定高 度。 1）选择菜单：3D Modeler > Grid Plane > XY 2）使用鼠标完成基本的形状 1. 通过将活动光标放在具体位置并点击左键来确定起始点。 2. 将活动光标放置在适当位置并点击左键确定基本的矩形。 3. 通过活动光标点击左键来设定高度。 3）设置物体属性 物体的属性有如下用户定义的性能： 1.名称－用户定义的名称。默认名称以基元类型开头，后面跟随数字标 号：Box1、Box2 等等。 2.材料－用户定义材料性能。默认性能是空气。使用材料工具栏可以变 换材料。 3.内部求解－默认的HFSS只给内部电介质求解。要让HFSS给内部电导求 解，检查内部求解。 4.材料选择－点击材料名称，材料定义窗口就会打开。你可以从已有的 数据库中查找或定义一个用户工程材料。 4）通过布尔运算组合物体 大多数复杂的结构可以由简单的基元组成。即使是固体基元我们也可以将它 简化为二位基元绕一个矢量方向或轴旋转扫描得到（长方体是给一个矩形一 个厚度）。固体模型支持下列布尔运算： 1 合并（Unite）－组合多个基元组阁未连接的物体，各个部分是独立的 相减（Subtract）－从一个基元移出另一个基元 2 分裂（Split）－将基元分为几个部分 3 交叉（Intersect）－保存重叠部分的基元 4 扫描（Sweep）－通过扫描可以将一个二维基元转换为一个固体：沿着 一个矢量，一个轴或一个特定路径 5 连接（Connect）－连接二维基元。通过连接外表面形成一个固体 6 切割（Section）－由一个三维物体生成一个二位物体 7 大多数布尔操作需求一个基本的基元。只有最基本的物体将不能被操 作。 8 分裂交叉物体（Split Crossing Objects）－当选中一组物体时，任 何重叠的物体都可以被分裂。 四．HFSS 矩形波导仿真实例 1）建立新的工程 2）设置求解类型 在菜单中点击 HFSS>Solution Type，在弹出的 Solution Type 窗口中选择 Driven Mod 点击 OK 3）设置模型单位 在菜单栏中点击 Modeler>Units,设置模型单位，选择 mm 4）画波导 （1）在菜单栏中点击 Draw>box （2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标 X=0 ，Y=0 ,Z=0 （3）输入长方体 X,Y,Z 三个方向尺寸，dX:23，dY:10，dZ:50 （4）在属性窗口中选择 Attribute 标签，该长方体的名字修改为 waveguide 5）设置边界条件 （1）选择波导的四个纵向面。 通过 Edit>select>faces,将鼠标设置为选择面的状态（如图 2）； 通过按钮 （旋转功能）以及 ctrl 键实现选择多个面，或者通过 edit>select>by name（如图 3），结合 ctrl 键选中 face10、11、12、9 （2）将这四个面设置为理想导体边界。 可以通过点击 HFSS>Boundaries>Assign> Perfect E 实现，或者点击鼠标 右键>Assign Boundary> Perfect E（如图 4）。