HFSS学习记录

手冢治bug

11591人浏览 · 2022-02-18 15:31:28

手冢治bug · 2022-02-18 15:31:28 发布

0. HFSS软件安装

链接：（待更新）

1. HFSS设计总览

链接：（待更新）

2. 求解类型

链接：（待更新）

3. 建立模型

链接：（待更新）

4. 设置边界条件

链接：（待更新）

5. 设置激励

链接：（待更新）

6.1 求解设置

链接：https://blog.csdn.net/plmxu34/article/details/123778549

6.2 扫频设置

链接：https://blog.csdn.net/plmxu34/article/details/123845876

7. HPC设置

知乎写过一点，感觉没啥好写的，直接给链接吧，毕竟硬件跟得上才好折腾。
链接：HFSS仿真是否需要高性能显卡
链接：ANSYS HFSS HPC设置

8. 运行仿真

链接：（待更新）

9. 数据后处理

链接：（待更新）

10. 自适应网格细化

链接：（待更新）

11. HFSS和CST互相导入

链接：https://blog.csdn.net/plmxu34/article/details/125442911

原文这个的有点乱，属于是随手写的，从开始用HFSS，貌似就是一路默认操作，没有对它了解全面。有机会就更新这个学习记录吧。
以下是原文：

软件安装
HFSS是Ansys中的一款三维电磁仿真软件。
这里直接放链接吧，注意不要安装成ANSYS 2020，而是ANSYS Electromagnetics Suite 2020 R2
链接: link.
HFSS帮助文档
学会利用官方帮助文档，虽然是英文版的，但是你想要的答案很多时候都直接在里面了。当然仅仅限于基本操作上不明白的地方可以寻求帮助文档，里面是没有具体某个研究方向建立模型的指导那种。
![打开HFSS帮助文档的位置](https://img-blog.csdnimg.cn/20210121183241976.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3BsbXh1MzQ=,size_16,color_FFFFFF,t_70 #pic_center#pic_center)

这里要提一下利用书签和首页的帮助文档目录页面（点击相应图片可以跳转，非常方便！！！）进行查找，因为3000多页文档靠一个搜索栏去查询得等到天荒地老才能找到，一定要找出哪个步骤不会就查相应章节，这样快很多！！！
HFSS天线设计
天线设计的流程
天线设计流程包括
1、建立模型
2、设置求解类型
3、设置边界条件
4、设置激励方式
5、设置求解参数
6、运行求解分析
7、查看求解结果
8、Optimetrics优化分析

3.1 建立模型

选择菜单栏的【Tools】-【Options】-【General Options】

选择【3D Modeler】-【Drawing】-将【Edit properties of new primitives】勾选上。
上述操作完成后，画好单个模型后会自动弹出修改参数，如下图：

3.1.1 增加地板
建立一些简单模型入门的时候会经常遇到需要增加地板的操作，对于HFSS有一个便捷的操作：
示例：比如一个介质板，在它的底面建立一个地层

1、将选择模式变为选择Faces

2、选中介质基板的底面，然后选择Edit，选择Surface，选择Creat Object from face

3、改变一下颜色显得更明显，这样做的好处是改变介质基板尺寸的时候，地板尺寸可以自动跟随介质基板的大小进行变化，非常方便。

3.2 设置求解类型以及求解参数
求解类型有模式驱动（Driven Modal）和终端驱动（Driven Terminal）两种类型。
关于两者的适用范围以及区别：
链接：link
链接：link
3.2.1 求解类型
3.2.2 模式驱动求解
General选项中的Setting the Solution Frequency有三种选项
1、Single

If a single frequency sweep is solved, an adaptive analysis is performed only at the solution frequency. If you want to solve over a range of frequencies, define a frequency sweep or a MultFrequency or Broadband solve. You must first assign an excitation for the Mult-Frequencies and Broadband options to appear on the setup.

如果解算了单个频率扫描，则仅在解算频率处执行自适应分析。如果要在一个频率范围内求解，请定义扫频、多频或宽带解算。必须首先为设置中出现的多频率和宽带选项指定激励。

2、Multi-Frequency

3、Broadband
在这里插入图片描述

一般来说，用离散扫频方式，求解频率设在带宽内的高频频点仿真比较准；
如果用快速扫频方式，求解频率设在中心频率比较准，但快速扫频法对于超宽带问题误差较大；
插值扫频方式就是适用于超宽带问题，不过仿真准确性跟最大迭代次数和可容忍度值得设置有关

3.2.3 终端驱动求解
3.2.4 扫频设置（Sweep）
【General】选项
【Sweep Type】：插值扫频（Interpolating）、离散扫频（Discrete）、快速扫频（Fast）

LinearStep 方式通过设置起始频率（Start）、终止频率（Stop）和步进频率（Step Size）来设置频点，例如起始频率、终止频率和步进频率分别设为 1GHz、2GHz 和 0.25GHz，则需要求解的频率点有 1GHz、1.25GHz、1.5GHz、1.75GHz 和 2GHz。
LinearCount方式通过设置起始频率（Start）、终止频率（Stop）和频点个数（Count）来设置频点，假设起始频率、终止频率、步进频率和频点个数分别为 1GHz、2GHz 和 3，则此时步进频率为 0.5GHz，需要求解的频率点有 1GHz、1.5GHz 和 2GHz。

在这里插入图片描述

3.3 设定边界条件
边界条件常用的包括：
1、理想电导体边界条件（PEC）；
2、有限导体边界条件
3、辐射边界条件（也就是通常说的设置空气盒子）
4、理想匹配层（PML）
3.3.1 理想匹配层
在天线设计中，除了可以使用辐射边界条件来模拟开放的自由空间之外，也可以选择使用理想匹配层来模拟开放的自由空间。
理想匹配层是能够完全吸收入射电磁波的假想的各项异性材料边界，其有两种典型应用：
1、用于外场问题的自由空间截断
对于自由空间截断的情况，PML表面能够完全吸收入射来的电磁波，其作用类似于辐射边界条件。但是和辐射边界条件比，PML由于能够完全吸收入射的电磁波，零反射，因此计算结果更精确。
理想匹配层表面可以距离辐射体更近，差不多1/10个波长即可
2、用于导波问题中的吸收负。

3.4 设置激励方式（excitations）
1、波导端口（Wave Port）
HFSS波端口Wave Port的设置:link
HFSS波端口(Wave Port)大小尺寸的估算:link

在设置波端口激励时，需要设置积分校准线（模式驱动求解类型）或终端线（终端驱动求解类型）、S参数归一化阻抗值和端口平移距离等信息。
（1）对于模式驱动求解类型，在设置波端口激励方式时，需要设定端口的积分线（Integration Line）。
设定积分线的目的：一是确定电场的方向，积分线的箭头指向即为电场的正方向；二是设定端口电压的积分路径，用于计算端口电压等参数。
（2）对于终端驱动求解类型而言，在设置波端口激励方式时需要设定端口的终端线（Terminal Line）,通过终端线上的节点电流和电压来计算端口的阻抗和S参数矩阵。关键设置参考导体。
（3）无论是模式驱动求解类型还是终端驱动求解类型，在设置波端口激励的时候，都要设置端口的S参数归一化阻抗值，归一化阻抗即端口的负载阻抗。在射频微波频段，端口负载阻抗一般都是50Ω。
（4）波端口四周默认的边界条件是理想导体边界，因此对于波导或同轴线这类横截面闭合的器件，端口界面四周都是导体，波端口直接定义在其终端横截面上就可以。而对于微带线、带状线、共面波导等开放或半开放结构的传输线，电磁场并不完全束缚在导体和参考地之间，部分电磁能量会辐射到传输线四周的空气和介质中。此时设置的波端口需要有足够大的尺寸，以避免电场耦合到波端口边缘上，影响传输线的特性，进而影响到计算的准确性。还有一点需要说明的是，波端口的宽度和和高度都不能超过1/2个工作波长，否则会己发矩形波导模式，影响结果的准确性。
另外一些注意事项：
在这里插入图片描述
微带线波端口设置实例

2、集总端口（Lumped Port）
HFSS中集总端口Lumped Port的设置:link
集总端口激励类似于传统的波端口激励，与波端口激励不同的是集总端口激励需要设置在物体模型的内部，且用户必须设定端口阻抗。集总端口直接在端口处计算S参数，设定的端口阻抗为集总端口上S参数的参考阻抗。另外，集总端口不计算端口处的传播常数γ，所以，集总端口不能进行端口平移操作。
集总端口的设置和波端口类似，需要设置积分线（模式驱动求解类型）或终端线（终端驱动求解类型）以及端口阻抗。
与波端口激励不同的是，集总端口边缘没有与导体或其他端口相接触的部分，默认边界条件是理想磁边界，因此不存在电场耦合到波端口边缘影响传输线特性的问题。对于微带线、带状线等半开放结构，集总端口平面的大小只需与微带线或带状线的宽度相同即可。

3.5 设置辐射边界条件（Absorbing）
辐射边界条件设置时注意的条件：
（1）辐射区域可以和辐射体共形（也就是空气盒子的形状与辐射体类似）
（2）计算天线等强辐射问题时，距离辐射体应当至少四分之一波长
（3）对于传输线等弱辐射问题，仅考虑辐射损耗，不关心远场时，可以小于四分之一波长
三种辐射边界定义的方法：
1、create open region——自动定义开放区域

2、通过快捷菜单栏create region创建区域，定义辐射边界条件

3、手动设置