HFSS及其應(yīng)用解析學(xué)習(xí)課程

1、一、HFSS簡介 美國美國Ansoft公司開發(fā)公司開發(fā)的采用有限元法全波電磁的采用有限元法全波電磁仿真軟件，以其無與倫比仿真軟件，以其無與倫比的的仿真精度仿真精度和和可靠性可靠性、快快捷的仿真速度捷的仿真速度、方便易用方便易用的操作界面、穩(wěn)定成熟的的操作界面、穩(wěn)定成熟的自自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)成為業(yè)成為業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HFSS (High Frequency Structure Simulator)第1頁/共25頁第一頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。二、HFSS原理p 有限元方法有限元方法 (Finite Elem

2、ent Method , FEM)p自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)第2頁/共25頁第二頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 射頻和微波無源器件設(shè)計(jì)射頻和微波無源器件設(shè)計(jì)HFSS能夠快速精確地計(jì)算各種射頻能夠快速精確地計(jì)算各種射頻/微波無源器件的電磁特性，得到微波無源器件的電磁特性，得到S參數(shù)、參數(shù)、傳播常數(shù)、電磁特性，優(yōu)化器件的性能指標(biāo)，并進(jìn)行容差分析。傳播常數(shù)、電磁特性，優(yōu)化器件的性能指標(biāo)，并進(jìn)行容差分析。第3頁/共25頁第三頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 天線、天線陣列設(shè)計(jì)天線、天線陣列設(shè)計(jì)HFSS能夠快速精確地計(jì)算天線的各種性能，包括二維、

3、三維遠(yuǎn)場(chǎng)和能夠快速精確地計(jì)算天線的各種性能，包括二維、三維遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)輻射方向圖、天線的方向性、增益、軸比、半功率波瓣寬度、近場(chǎng)輻射方向圖、天線的方向性、增益、軸比、半功率波瓣寬度、內(nèi)部電場(chǎng)分布、天線阻抗、電壓駐波比、內(nèi)部電場(chǎng)分布、天線阻抗、電壓駐波比、S參數(shù)等。參數(shù)等。第4頁/共25頁第四頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 高速數(shù)字信號(hào)完整性分析高速數(shù)字信號(hào)完整性分析HFSS能夠自動(dòng)和精確地提取高速互聯(lián)結(jié)構(gòu)和版圖寄生效應(yīng)，結(jié)合能夠自動(dòng)和精確地提取高速互聯(lián)結(jié)構(gòu)和版圖寄生效應(yīng)，結(jié)合Ansoft Designer或其它電路仿真分析工具去仿真瞬態(tài)現(xiàn)象。或其它電路仿真分析工具去仿真瞬

4、態(tài)現(xiàn)象。第5頁/共25頁第五頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 電磁干擾和電磁兼容電磁干擾和電磁兼容(EMI/EMC)分析分析HFSS強(qiáng)大的場(chǎng)后處理功能可以把整個(gè)空間的場(chǎng)分布以色標(biāo)圖的方式直觀地顯示強(qiáng)大的場(chǎng)后處理功能可以把整個(gè)空間的場(chǎng)分布以色標(biāo)圖的方式直觀地顯示出來，進(jìn)一步通過場(chǎng)計(jì)算器出來，進(jìn)一步通過場(chǎng)計(jì)算器(Field Calculator)可以給出電場(chǎng)可以給出電場(chǎng)/磁場(chǎng)強(qiáng)度的最強(qiáng)點(diǎn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的最強(qiáng)點(diǎn)，并能輸出詳細(xì)的場(chǎng)強(qiáng)值和坐標(biāo)值。并能輸出詳細(xì)的場(chǎng)強(qiáng)值和坐標(biāo)值。第6頁/共25頁第六頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 電真空器件設(shè)計(jì)電真空器件設(shè)計(jì)HFSS

5、強(qiáng)大的本征模求解器結(jié)合周期性邊界條件，能夠準(zhǔn)確地仿真分析器件的強(qiáng)大的本征模求解器結(jié)合周期性邊界條件，能夠準(zhǔn)確地仿真分析器件的色散特性，得到歸一化相速與頻率的關(guān)系以及結(jié)構(gòu)中的電磁場(chǎng)分布，為這類器色散特性，得到歸一化相速與頻率的關(guān)系以及結(jié)構(gòu)中的電磁場(chǎng)分布，為這類器件的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)手段。件的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)手段。 第7頁/共25頁第七頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 目標(biāo)特性研究和雷達(dá)散射截面目標(biāo)特性研究和雷達(dá)散射截面(RCS)仿真仿真HFSS中定義了平面波入射激勵(lì)，結(jié)合輻射邊界條件或中定義了平面波入射激勵(lì)，結(jié)合輻射邊界條件或PML邊界條件，可邊界條件，可以準(zhǔn)確

6、地分析復(fù)雜目標(biāo)的以準(zhǔn)確地分析復(fù)雜目標(biāo)的RCS。第8頁/共25頁第八頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 比吸收率比吸收率(SAR)計(jì)算計(jì)算比吸收率比吸收率是單位質(zhì)量的人體組織所吸收的電磁輻射能量，它的大小是單位質(zhì)量的人體組織所吸收的電磁輻射能量，它的大小表明了電磁輻射對(duì)人體健康的影響程度。表明了電磁輻射對(duì)人體健康的影響程度。HFSS可以準(zhǔn)確地計(jì)算出指定位置的局部可以準(zhǔn)確地計(jì)算出指定位置的局部SAR和平均和平均SAR。第9頁/共25頁第九頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。三、HFSS的應(yīng)用p 光電器件仿真設(shè)計(jì)光電器件仿真設(shè)計(jì)HFSS的應(yīng)用頻率（的應(yīng)用頻率（30MHz300GHz

7、）達(dá)到光波波段，能夠精確仿真光電器）達(dá)到光波波段，能夠精確仿真光電器件的特性。件的特性。半導(dǎo)體熱器件：熱敏電阻半導(dǎo)體熱器件：熱敏電阻第10頁/共25頁第十頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)流程新建工程新建工程設(shè)置求解類型設(shè)置求解類型創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型求解設(shè)置求解設(shè)置求解頻率、掃頻設(shè)置求解頻率、掃頻設(shè)置分配材料屬性分配材料屬性分配邊界條件分配邊界條件分配端口激勵(lì)分配端口激勵(lì)網(wǎng)格剖網(wǎng)格剖分細(xì)化分細(xì)化求解求解結(jié)果是否結(jié)果是否收斂收斂是否需要掃是否需要掃頻分析頻分析掃頻分析掃頻分析數(shù)據(jù)后處理數(shù)據(jù)后處理查看查看S參數(shù)、場(chǎng)參數(shù)、場(chǎng)分布圖等分布圖等自適應(yīng)網(wǎng)格剖分和求解過程自適應(yīng)網(wǎng)格剖分

8、和求解過程否否是是是是否否第11頁/共25頁第十一頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例工具欄工具欄工程管工程管理窗口理窗口工程樹工程樹屬性窗口屬性窗口信息管理窗口信息管理窗口模型窗口模型窗口進(jìn)程窗口進(jìn)程窗口第12頁/共25頁第十二頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 建立模型建立模型第13頁/共25頁第十三頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 分配材料屬性分配材料屬性系統(tǒng)集成材料庫系統(tǒng)集成材料庫第14頁/共25頁第十四頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 分配材料屬性分配材料屬性自定義新材料自定義新材料各向同性各向同

9、性各向異性各向異性第15頁/共25頁第十五頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 分配材料屬性分配材料屬性自定義新材料自定義新材料第16頁/共25頁第十六頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 周期性邊界條件周期性邊界條件 主從邊界條件（主從邊界條件（Master & Slave）可以模擬平面周期結(jié)構(gòu)，這對(duì)于）可以模擬平面周期結(jié)構(gòu)，這對(duì)于模擬無限大平面及無限陣列非常有用！模擬無限大平面及無限陣列非常有用！第17頁/共25頁第十七頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 激勵(lì)激勵(lì) Floquent端口專門用于平面周期結(jié)構(gòu)問題，從本質(zhì)上說

10、，端口專門用于平面周期結(jié)構(gòu)問題，從本質(zhì)上說，F(xiàn)loquent模式模式是一類平面波。是一類平面波。第18頁/共25頁第十八頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 求解設(shè)置求解設(shè)置第19頁/共25頁第十九頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 計(jì)算信息查詢計(jì)算信息查詢第20頁/共25頁第二十頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果S參數(shù)參數(shù)mmd325無金屬襯底無金屬襯底022fcd第21頁/共25頁第二十一頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例p 計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果S參數(shù)參數(shù)1241240nfcndmmd325有金屬襯底有金屬襯底第22頁/共25頁第二十二頁，編輯于星期五：二十三點(diǎn) 六分。四、HFSS設(shè)計(jì)實(shí)例 為提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需為提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需要進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，包括放大外要進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，包括放大外空間尺寸、細(xì)化網(wǎng)格、提高收斂精度等，與空間尺寸、細(xì)化網(wǎng)格、提高收斂