射頻與微波工程實踐入門-第1章用HFSS仿真微波傳輸線和元件.doc

第一章 用HFSS仿真微波傳輸線和元件01.1 Ansoft HFSS概述01.1.1 HFSS簡介01.1.2 HFSS的應用領(lǐng)域11.2 HFSS軟件的求解原理11.3 HFSS的基本操作介紹31.3.1 HFSS的操作界面和菜單功能介紹31.3.2 HFSS仿真分析基本步驟41.3.3 HFSS的建模操作51.4 HFSS設計實例1矩形波導的設計101.4.1 工程設置101.4.2 建立矩形波導模型111.4.3 設置邊界條件121.4.4 設置激勵源wave port141.4.5 設置求解頻率151.4.6 計算及后處理151.4.7 添加電抗膜片171.5 HFSS設計實例2E-T型波導的設計231.5.1 初始設置231.5.2 建立三維模型241.5.3 分析設置271.5.4 保存工程271.5.5 分析271.5.6 生成報告281.6 HFSS設計實例3H-T型波導的設計311.6.1 創(chuàng)建工程311.6.2 創(chuàng)建模型321.6.3 仿真求解設置361.6.4 比較結(jié)果371.7 HFSS設計實例4雙T型波導的設計391.7.1 初始設置391.7.2 建立三維模型401.7.3 分析設置431.7.4 保存工程441.7.5 分析441.7.6 生成報告451.8 HFSS設計實例5魔T型波導的設計471.8.1 建立匹配膜片與金屬桿481.8.2 分析設置481.9 HFSS設計實例6圓波導的設計521.9.1 初始設置521.9.2 建立三維模型531.9.3 分析設置551.9.4 保存工程561.9.5 分析561.9.6 生成報告571.10 HFSS設計實例7同軸線的設計641.10.1 初始設置641.10.2 建立三維模型651.10.3 分析設置681.10.4 保存工程691.10.5 分析691.10.6 生成報告701.11 HFSS設計實例8微帶線的設計771.11.1 初始設置771.11.2 建立三維模型781.11.3 建立波導端口激勵791.11.4 分析設置801.11.5 保存工程801.11.6 分析811.11.7 生成報告821.11.8 產(chǎn)生場覆蓋圖821.12 HFSS設計實例9單極子天線的設計851.12.1 創(chuàng)建工程851.12.2 創(chuàng)建模型851.12.3 設置變量891.12.4 設置模型材料和邊界參數(shù)901.12.5 設置求解頻率和掃描范圍931.12.6 設置輻射場931.12.7 確認設置并分析931.12.8 顯示結(jié)果941.13 HFSS設計實例10方形切角圓極化貼片天線的設計981.13.1 設計原理及基本公式991.13.2 創(chuàng)建工程和運行環(huán)境設定991.13.3 創(chuàng)建模型991.13.4 求解設置1001.13.5 有效性驗證和仿真1001.13.6 輸出結(jié)果1001.13.7 設置變量與參數(shù)建模1021.13.8 創(chuàng)建參數(shù)分析并求解1021.13.9 優(yōu)化求解1041.13.10 輸出優(yōu)化后的結(jié)果1051.14 參考文獻108108第一章 用HFSS仿真微波傳輸線和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS簡介Ansoft HFSS （全稱High Frequency Structure Simulator, 高頻結(jié)構(gòu)仿真器）是Ansoft公司推出的基于電磁場有限元方法（FEM）的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件，可以對任意的三維模型進行全波分析求解，先進的材料類型，邊界條件及求解技術(shù)，使其以無以倫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，穩(wěn)定成熟的自適應網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設計的首選工具和行業(yè)標準，已經(jīng)廣泛地應用于航空、航天、電子、半導體、計算機、通信等多個領(lǐng)域，幫助工程師們高效地設計各種高頻結(jié)構(gòu)，包括：射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結(jié)構(gòu)、電真空器件，研究目標特性和系統(tǒng)/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設計成本，減少設計周期，增強競爭力。美國Ansoft公司的HFSS軟件是基于電磁場有限元算法，其原理是將天線分割成若干微小單元進行求解擬合，尤其對電小天線在窄帶范圍內(nèi)仿真效果甚佳，缺點是求解過程復雜，仿真時間較長，對電長度較大的電大天線仿真時間會更長，對寬頻帶天線的仿真需要將頻率化分成幾段進行仿真。因此，Ansoft HFSS軟件是電長度和頻率的精細仿真軟件，多用于閉場環(huán)境仿真。相比之下，德國的CST軟件是基于電磁場有限積分法，適用于電長度較大的電大天線的仿真，特別適用于寬頻帶天線的仿真，解算時間遠小于HFSS軟件，缺點是解算誤差大于HFSS軟件，因此，CST軟件是電大天線及寬頻帶的粗況仿真，多用于開場環(huán)境仿真。安捷倫公司的ADS電磁仿真軟件是基于矩量法解算的，將遠場電磁場作平均處理，適用于電磁場較均勻的電磁環(huán)境仿真。由于沒有嚴格設置輻射邊界條件，適用于PCB板級及微帶線的電磁仿真，對天線的遠場仿真效果較差。對于天線窄帶仿真可將HFSS軟件和CST軟件兩者仿真結(jié)果對比進行取舍。對于天線寬帶仿真可先用CST軟件進行初始粗況仿真定位，再用HFSS軟件進行精細解算仿真。1.1.2 HFSS的應用領(lǐng)域天線1、面天線：貼片天線、喇叭天線、螺旋天線2、波導：圓形/矩形波導、喇叭3、線天線：偶極子天線、螺旋線天線4、天線陣列：有限陣列天線陣、頻率選擇表面（FSS）、光子帶隙（PBG）5、雷達散射截面（RCS）微波1、濾波器：腔體濾波器、微帶濾波器、介質(zhì)濾波器2、EMC/EMI：屏蔽罩、近場遠場輻射3、連接器：同軸連接器、SFP/XFP、底板、過渡4、波導：波導濾波器、波導諧振器、波導連接器5、Silicon/GaSa：螺旋電感器、變壓器信號完整性分析1、Package Modeling BGA, QFP, Flip-Chip2、PCB板：功率/接地面、網(wǎng)格接地，底板3、Connectors SFP/XFP, VHDM, GBX, 同軸通過HFSS可以獲取的信息1、矩陣數(shù)據(jù)：S、Y、Z參數(shù)和VSWR（匹配）2、相關(guān)的場：2D/3D近場遠場圖電場、磁場、電流（體/面電流）、功率、SAR輻射3、某空間內(nèi)的場求解求解類型：Full-wave求解原理：3D有限元法（FEM）網(wǎng)格類型：等角的網(wǎng)格單元：正四面體網(wǎng)格剖分形式：自適應網(wǎng)格(Adaptive Meshing)4、激勵：端口求解求解原理：2D-FEM形式：自適應網(wǎng)格（邊界條件）1.2 HFSS軟件的求解原理總體來說，HFSS軟件將所要求解的微波問題等效為計算N端口網(wǎng)絡的S矩陣，具體步驟如下：l 將結(jié)構(gòu)劃分為有限元網(wǎng)格（自適應網(wǎng)格剖分）l 在每一個激勵端口處計算與端口具有相同截面的傳輸線所支持的模式l 假設每次激勵一個模式，計算結(jié)構(gòu)內(nèi)全部電磁場模式l 由得到的反射量和傳輸量計算廣義S矩陣圖1.2.1 求解流程圖自適應網(wǎng)格剖分是在誤差大的區(qū)域內(nèi)對網(wǎng)格多次迭代細化的求解過程，利用網(wǎng)格剖分結(jié)果來計算在求解頻率激勵下存在于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場。初始網(wǎng)格是基于單頻波長進行的粗剖分，然后進行自適應分析，利用粗剖分對象計算的有限元解來估計在問題域中的哪些區(qū)域其精確解會有很大的誤差（收斂性判斷），再對這些區(qū)域的四面體網(wǎng)格進行細化（進一步迭代），并產(chǎn)生新的解，重新計算誤差，重復迭代過程（求解誤差分析（收斂性判斷）自適應細化網(wǎng)格）直到滿足收斂標準或達到最大迭代步數(shù)。如果正在進行掃頻，則對其他頻點求解問題不再進一步細化網(wǎng)格。圖1.2.2 自適應網(wǎng)格（總體與局部）1.3 HFSS的基本操作介紹1.3.1 HFSS的操作界面和菜單功能介紹Ansoft HFSS的界面主要包括：菜單欄（Menu bar）、工具欄（Toolbars）、工程管理（Project Manage）窗口、狀態(tài)欄（Status bar）、屬性窗口（Properties window）、進度窗口（Progress window）、信息管理（Message Manage）窗口和3D模型窗口（3D Modeler Window）。圖1.3.1 Ansoft HFSS的操作界面菜單欄（Menu bar）由文件、編輯、視圖、工程、繪圖、3D模型、HFSS、工具和幫助等下拉式菜單組成。工具欄（Tool bar）對應菜單中常用的各種命令，可以快速方便的執(zhí)行各種命令。工程管理（Project Manage）窗口顯示所以打開的HFSS工程的詳細信息，包括邊界、激勵、剖分操作、分析、參數(shù)優(yōu)化、結(jié)果、端口場顯示、場覆蓋圖和輻射等。狀態(tài)欄（Status bar）位于HFSS界面底部，顯示當前執(zhí)行命令的信息。屬性窗口（Properties window）顯示在工程樹、歷史樹和3D模型窗口中所選條目的特性或?qū)傩浴＿M度窗口（Progress window）監(jiān)視運行進度，以圖像方式表示進度完成比例。信息管理（Message Manage）窗口顯示工程設置的錯誤信息和分析進度信息。3D模型窗口（3D Modeler Window）是創(chuàng)建幾何模型的區(qū)域，包括模型視圖區(qū)域和歷史樹（記錄創(chuàng)建模型的過程）。 1.3.2 HFSS仿真分析基本步驟1、創(chuàng)建工程及運行環(huán)境（Create project and set operating environment）：基本的包括創(chuàng)建新工程、插入新設計、修改工程和設計名、設置繪圖單位和求解類型等；*2、創(chuàng)建模型（Draw a geometric model）：通過使用各種繪圖命令，建立與實際模型對應的仿真模型結(jié)構(gòu)，并設置求解空間和邊界條件（各種端口激勵和輻射邊界等）； 3、確定模型設計參數(shù)的變量（Assign variables to a models design parameters）：建立變量來代替模型中的位置和尺寸參數(shù)，這有利于調(diào)整模型的結(jié)構(gòu)，建立起模型各個參數(shù)之間的聯(lián)系，也是進行后期參數(shù)分析、優(yōu)化的必要前提；*4、求解設置（Specify solution settings for a design）：求解設置包括指定求解的頻率，求解的迭代步數(shù)和求解結(jié)束的條件，另外如果要考察模型隨頻率變化的特性，還需要設置相應的掃頻項；5、設計驗證（Validate a designs setup）：經(jīng)過上面的步驟，一個完整的分析模型就建立起來了，不過在分析之前我們應該檢查模型的正確性與完整性，快捷工具可以幫助我們完成模型的檢測，并給出錯誤提示，以便我們進行修改更正；*6、運行HFSS仿真（Run an HFSS simulation）：點擊工具欄中的圖標進行仿真，仿真的時間由模型的大小、計算機性能以及求解項的設置有關(guān)，這過程中我們可以多線程工作；*7、創(chuàng)建圖表結(jié)果（Create report results）：仿真結(jié)束，我們要查看模型的各種性能參數(shù)，HFSS為我們提供了豐富的參數(shù)類別和圖標形式，可以創(chuàng)建不同的圖表來描述仿真的結(jié)果；8、參數(shù)掃描與變量優(yōu)化（Parametric sweep and optimization）：當我們要考慮不同參數(shù)變量對天線性能的影響以及需要綜合優(yōu)化天線性能時，HFSS也給我們提供了參數(shù)掃描和優(yōu)化的功能。注：帶*號的是必要步驟1.3.3 HFSS的建模操作1、啟動軟件2、設置求解模式在菜單欄中點擊HFSS，選擇Solution Type.會出現(xiàn)下面的對話框：圖1.3.2 設置求解模式（1）激勵求解：用HFSS計算無源、高頻結(jié)構(gòu)的S參數(shù)時，可選擇激勵求解類型，例如微帶、波導、傳輸線結(jié)構(gòu)。S矩陣解被表示為波導的入射功率及反射波功率。（2）激勵終端求解：用HFSS計算多導體傳輸線端口的S參數(shù)時，可以選擇激勵終端求解類型。S矩陣解將由終端電壓和電流來描述。（3）本征模求解：計算結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振時，可選擇本征模求解類型。本征模解法可算出結(jié)構(gòu)的諧振頻率及在這些諧振頻率處對應的場，也可計算諧振腔體的無載Q值。3、設置單位在菜單欄里點擊3D Modeler選擇Unites：圖1.3.3 設置單位4、繪制圖形一維的有直線、折線、曲線。也可以創(chuàng)建由曲線方程畫出所需要的圖形。二維的有：圖1.3.4 繪制二維圖形在這里也能畫出由某個曲面方程所要求的面。三維最基本的有：圖1.3.5 繪制三維圖形5、圖形的變換當然，實際需要中所遇到的不止限于以上模型，我們也可以通過很多變換的手法來畫出我們需要的3D圖形。單擊菜單欄的EditArrangeMove Translates the structure along a vectorRotate Rotates the shape around a coordinate axis by an angleMirror Mirrors the shape around a specified planeDuplicateAlong Lines Create multiple copies of an object along a vectorAround Axis Create multiple copies of an object rotated by a fixed angle around the x, y, or z axisMirror - Mirrors the shape around a specified plane and creates a duplicate6圖形的布爾操作幾種布爾操作：Unite combine multiple primitives圖1.3.6 合并操作Subtract remove part of a primitive from another圖1.3.7 相減操作Split break primitives into multiple parts 操作前 操作后圖1.3.8 分裂操作Intersect keep only the parts of primitives that overlap圖1.3.9 相交操作Sweep turn a 2D primitive into a solid by sweeping: Along a Vector, Around an Axis, Along a Path 操作前 操作后圖1.3.10 Sweep操作Connect connect 2D primitives. Use Cover Surfaces to turn the connected object into a solid 操作前 操作后圖1.3.11 連接操作Section generate 2D cross-sections of a 3D object7、視角的變換用以下命令你在創(chuàng)建模型的過程中，可以隨時改變視角Rotate The structure will be rotated around the coordinate systemPan The structure will be translated in the graphical areaDynamic Zoom Moving the mouse upwards will increase the zoom factor while moving the mouse downwards will decrease the zoom factorZoom In/Out In this mode a rubber band rectangle will be defined by dragging the mouse. After releasing the mouse button the zoom factor willbe applied.圖1.3.12 改變視圖操作快捷方式快捷鍵：ALT + Drag = RotateShift + Drag =PanALT + Shift + Drag = Dynamic Zoom另外，用鼠標在3D窗口中右點擊也可以實現(xiàn)視角的轉(zhuǎn)變。在模型創(chuàng)建完畢后，我們?yōu)榱朔奖阋院蟮恼{(diào)試，可以對模型設置變量并進行優(yōu)化，對它的具體操作我們會在下面的仿真實例中詳細講解。1.4 HFSS設計實例1矩形波導的設計1.4.1 工程設置打開HFSS，出現(xiàn)新的工程窗口（如圖1.4.1）。圖1.4.1 HFSS工程窗口（1）設置求解類型Driven Modal（模式激勵）。在菜單中點擊HFSSSolution Type，出現(xiàn)Solution Type窗口，選擇Driven Modal（如圖1.4.2），點擊OK。圖1.4.2 設置求解類型窗口（2）設置模型單位毫米在菜單欄中點擊ModelerUnits，出現(xiàn)Set ModelUnits窗口，選擇mm，點擊OK（如圖1.4.3）。圖1.4.3 設置模型單位窗口（3）保存工程命名為waveguide點擊工具欄中的，將工程名字設為waveguide。1.4.2 建立矩形波導模型（1）畫長方體點擊工具欄中的（Draw box）畫矩形波導的長方體模型，在屏幕右下角出現(xiàn)長方體頂點信息，輸入頂點坐標如圖1.4.4，按回車鍵；屏幕右下角出現(xiàn)長方體尺寸信息，輸入如圖1.4.5，按回車鍵結(jié)束畫圖過程。圖1.4.4 長方體頂點坐標圖1.4.5 長方體尺寸設置在屏幕右側(cè)窗口顯示畫出的長方體；點擊工具，將長方體全部顯示在窗口中。（2）設置長方體屬性在屏幕中間模型列表中的Box1為畫出的長方體（如圖1.4.6），雙擊Box1，出現(xiàn)Propoties:Project1窗口，將Name一欄的value由Box1改為waveguide。圖1.4.6 設置長方體屬性1.4.3 設置邊界條件（1）選擇波導的四個縱向面。通過Editselectfaces,將鼠標設置為選擇面的狀態(tài)（如圖1.4.7）。通過按鈕（旋轉(zhuǎn)功能）以及ctrl鍵實現(xiàn)選擇多個面，或者通過editselectby name（如圖1.4.8），結(jié)合ctrl鍵選中face10、11、12、9（如圖1.4.9）。（2）將這四個面設置為理想導體邊界?？梢酝ㄟ^點擊HFSSBoundariesAssign Perfect E實現(xiàn)，或者點擊鼠標右鍵Assign Boundary Perfect E（如圖1.4.10）。圖1.4.7 select faces界面圖1.4.8 select by name界面圖1.4.9 select face界面圖1.4.10 設置Perfect E邊界條件1.4.4 設置激勵源wave port（1）選中波導的一個端口面（垂直于z軸的平面）。（2）點擊HFSSExcitationsAssignWave port，或者點擊鼠標右鍵assign excitationwave port（如圖1.4.11）。（3）另外一個端口面執(zhí)行同樣的操作。圖1.4.11 設置wave port界面1.4.5 設置求解頻率（1）在菜單欄中點擊HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup（2）在求解設置窗口中，設置Solution Frequency：13Ghz，其它設為默認值1.4.6 計算及后處理在菜單欄中點擊HFSSAnalyze all（1）畫場分布圖在菜單欄中點擊HFSSFieldsPlot FieldsE，畫出電場強度的幅度分布（如圖1.4.12）。在Project Manager窗口中，選擇dipoleHFSSDesign1Field Overlays，點擊鼠標右鍵AnimateOK，可以演示電場強度幅度隨著時間變化情況，觀察理解電磁波從端口1向端口2傳播的過程。圖1.4.12 波導中電場強度幅度分布（2）觀察數(shù)據(jù)結(jié)果點擊HFSSResultsSolution Data（如圖1.4.13），在Matrix Data項中可以查看S參數(shù)以及傳播常數(shù)Gamma等參數(shù)（如圖1.4.14）。圖1.4.13 查看solution data界面圖1.4.14 S參數(shù)及Gamma1.4.7 添加電抗膜片本例以bj-100為例，height=10.160mm，width=22.860mm，采用單模傳輸，主模頻率范圍8.2012.5Ghz，衰減頻率9.84Ghz。（1）感性膜片如圖所示，感性膜片跨接在波導窄邊上。對主模H10，其磁場線是平行于寬邊的閉合曲線，感性膜片的置入將改變波導內(nèi)磁場的分布規(guī)律而產(chǎn)生電感效應，相當于在傳輸線上并聯(lián)一個感性電納。設置感性膜片的間距為16mm。圖1.4.15 感性膜片結(jié)構(gòu)圖1.4.16 S參數(shù)幅度隨頻率變化的曲線圖1.4.17 S參數(shù)圖1.4.18 場分布圖（2）容性膜片如圖所示，容性膜片跨接在波導寬邊上。對主模H10，容性膜片可改變波導內(nèi)的電場分布規(guī)律而產(chǎn)生電容效應，相當于在橫截面處并接一個電容器。設置容性膜片的間距為4mm。圖1.4.19 容性膜片結(jié)構(gòu)圖1.4.20 S參數(shù)幅度隨頻率變化的曲線圖1.4.21 S參數(shù)圖1.4.22 場分布圖（3）諧振窗容性膜片和感性膜片組合形成諧振窗。諧振窗對某一固定頻率產(chǎn)生諧振，即當工作頻率等于諧振頻率時，電磁波可以無反射地通過，其等效電路相當于并聯(lián)諧振回路。設置感性膜片的間距為16mm，設置容性膜片的間距為4mm。圖1.4.23 諧振窗結(jié)構(gòu)圖1.4.24 S參數(shù)幅度隨頻率變化的曲線圖1.4.25 S參數(shù)圖1.4.26 場分布圖1.5 HFSS設計實例2E-T型波導的設計本例以bj-100為例，height=10.160mm，width=22.860mm，采用單模傳輸，主模頻率范圍8.2012.5Ghz，衰減頻率9.84Ghz。1.5.1 初始設置一）啟動Ansoft HFSS點擊微軟的開始按鈕，選擇程序，然后選擇Ansoft HFSS11程序組，點擊HFSS11，進入Ansoft HFSS。1.設置工具選項注意：為了按照本例中概述的步驟，應核實一下工具選項已設置；2.選擇菜單中的toolsoptionsHFSS Options3.HFSS選項窗口：1）點擊常規(guī)（General）標簽a.建立新邊界時，使用數(shù)據(jù)登記項的向?qū)В丛赽oundary options中的Use wizards for data entry when creating new boundaries）：勾上b.用幾何形狀復制邊界（duplicate boundaries with geometry）：勾上2）點擊ok按鈕。4.選擇菜單中的工具（tools）optionsmodeler options5.3D modeler options：1）點擊operation標簽自動覆蓋閉合的多段線（automatically cover closed polylines）：勾上。2）點擊畫圖（drawing）標簽編輯新建原始結(jié)構(gòu)的屬性（edit propetry of new primitives）：勾上。3）點擊ok按鈕二）打工一個新工程1.在窗口，點擊標準工具欄中的新建圖標，或者選擇菜單中的filenew.2.或者從工程（project）菜單中選擇insert HFSS design.三）設置解決方案類型（set solution type）1.選擇菜單中的HFSSsolution type2.解決方案類型窗口： 1）選擇模式驅(qū)動（driven modal） 2）點擊ok按鈕。1.5.2 建立三維模型一）模型單位設置： 1）選擇菜單項：modelerunits 2）選擇模型單位：mm 3）點擊確定二）選擇缺省材料（即模型內(nèi)填充物）用三維模型材料工具欄，選擇真空即在右上角的三）創(chuàng)建頂臂1.建立頂臂：1）選擇菜單項：drawboxdraw 2）選擇起始位置（軟件右下角輸入，絕對坐標）：X：11.430 Y：-5.080 Z：-5.080 回車 3）選擇相對坐標：dX：-22.860 Dy：10.160 Dz：33.020 回車圖1.5.1 建立項臂2.重命名：從材料窗口選擇屬性平臺； 1）名字的命名類型：ARM 2）點擊確定3.適合觀看的調(diào)整： 1）選擇菜單項：viewfir allactive viewview.或者ctrl+d鍵四）創(chuàng)建臂2：1.選擇菜單項：editselect all visableedit 或者ctrll+A2.選擇菜單項：editduplicatearound axisedit選擇以x為軸，旋轉(zhuǎn)90度，數(shù)目3.點擊確定鍵4.適合觀看的調(diào)整：選擇菜單項：viewfit allactive view 或者ctrll+d五）建立臂3：1.選擇物體框：（1）選擇物體臂1；（2）點擊確定2.建立臂3和4； 1）editduplicatearound axis 2）以z為軸旋轉(zhuǎn)180度，總數(shù)為二個，點擊確定鍵六）連接各個臂： 1.連接各個臂： 1）選擇菜單項：editselect all visible：或者按ctrl+A鍵 2）選擇菜單項：modelerbooleanunite圖1.5.2 連接各個臂七）建立波導端口激勵1.選擇端口面： 1）選擇菜單項：editselectfaces 2）選擇頂部的面2.設計波端口激勵： 1）選擇菜單項：HFSSEXCITATIONSASSIGNwave port 2）波端口：general 名字：p1 點擊next鍵 3）波端口：models 點擊next鍵；點擊結(jié)束鍵 4）以此類推，設置另外兩個端口激勵p2，p3.注意p2，p3的端口電場方向注：雖然將三個端口都設置為了激勵，但是系統(tǒng)默認的是第一個激勵端口有輸入功率，其他端口無激勵輸入，如果需要設置，可在HFSSfieldsedit sources中修改設置，如果不設置激勵的話，系統(tǒng)會默認端口為理想的電邊界；注意：兩個設置的wave port的電場方向可能不是一致的，會導致錯誤的結(jié)果，所以在設置完激勵后需檢查一下他們的電場方向，如果不對或者不清楚就自己設定電場的積分線。具體步驟如下： 找到軟件左邊的project manager窗口，在樹狀結(jié)構(gòu)中找到excitations，分別雙擊p1，p2，選擇modes，點擊integtation line下的項，選擇new line，這時將鼠標移動到設計窗口中的p1，p2面上自行設置積分線方向，注意兩個積分線應保持方向一致。1.5.3 分析設置 一）建立分析設置： 1.建立一個分析設置： 1）選擇菜單項：HFSSANALYSIS SETUPADD SOLUTION SETUP 2.完成設置窗口：點擊綜合表 1）設置頻率：9.84GHZ 2）設置最多步數(shù)：5 3）設置步長為0.02 3.點擊確定鍵 二）(選作項)增加一個頻率掃描 1.選擇菜單項：HFSSanalysis setupadd frequency sweep 2.選擇設置：setup1； 3.點擊確定鍵 三）編輯掃頻窗口： 1.掃頻類型：fast 2.掃頻設置類型：linear count，起始頻率8.20ghz，結(jié)束頻率12.5ghz，計數(shù)1001次，選上保存場。 3.點擊確定鍵1.5.4 保存工程 一）保存工程： 1.在HFSS軟件窗口選擇菜單項filesave as 2.從save as 窗口鍵入文件名：hfss_magic_t 3.點擊保存鍵1.5.5 分析 一）模型確認 1.選擇菜單項：HFSSValidation check 2.點擊關(guān)閉鍵。注意有任何錯誤和警告信息，請使用信息管理器 二）分析 1.選項菜單項：HFSSanalysis 三）求解數(shù)據(jù) 觀看求解數(shù)據(jù)：選擇菜單項：HFSSresultssolution data觀看s矩陣值matix：點擊圖1.5.3 S矩陣和理論上ET的S矩陣基本一致。點擊關(guān)閉鍵1.5.6 生成報告 一）產(chǎn)生s參數(shù)圖，和適應性傳輸1.注意報告在求解過程之前或者之中，一個實時的數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)。2.產(chǎn)生報告：注意報告在求解過程之前或者之中，一個實時的數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)1 產(chǎn)生報告：1） 選擇菜單項：HFSSresultscreate model solution data report；2） 產(chǎn)生報告窗口：報告類型：modal s parameters；顯示類型：rectangula； 點擊確定鍵2 描述窗口： 1） 求解：setup1：adaptive12） 點擊x項，freq；種類：all3） 點擊y項：種類：s parameter；量：s(p1，p1)，s(p1，p2)，s(p1，p3)；單位：db：點擊增添極限4） 點擊完成鍵二）產(chǎn)生s參數(shù)圖 1.產(chǎn)生一個報告： 1）菜單項：HFSS：Resultscreate report 2）產(chǎn)生報告窗口：報告類型：modal s parameters；顯示類型：rectangular；點擊確定鍵 3）描述窗口：求解：setup1：sweep1；范圍：掃頻；選擇y項：類型s參數(shù)；量：s(p1，p1)，s(p1，p2)，s(p1，p3)；單位：db；點擊add trace鍵 4）點擊完成鍵圖1.5.4 S參數(shù)圖三）產(chǎn)生場覆蓋圖 1.選擇一個物體： 1）選擇菜單項：editselectby name 2）選擇菜單項：HFSSfieldsfieldsemag_e 3）產(chǎn)生場圖窗口：求解：setup1：lastadaptive；量：mag_e；體積：all；點擊完成鍵 2.修正場圖的屬性： 1）選擇菜單項：HFSSfieldsmodify plot attributes 2) 選擇場文件窗口； 選擇e field：點擊確定鍵。 3）e-field窗口；點擊colormap項，推薦選擇spetrum中的rainbow項，然后雙擊樹狀欄中的box1，點擊transparent的值，1為透明，0為全覆蓋，自行設置；點擊plot項；isovaltype：isovalsurface；點擊apply鍵 4）點擊close鍵圖1.5.5 場覆蓋圖 3.場圖顯示：顯示一個全面的場圖 1）選擇菜單項：viewanimate 2）在掃頻變量項：選擇默認設置；掃頻變量：phase：開始：0deg；結(jié)束：180deg；步數(shù)：93）點擊確定鍵1.6 HFSS設計實例3H-T型波導的設計此例子是建立一個T型波導模型，利用HFSS軟件求解、分析、觀察T型波導的場分布情況。該例基本包括HFSS所有主要設計流程，其設計步驟如下：1.6.1 創(chuàng)建工程（1）打開HFSS并保存新工程運行HFSS軟件后，軟件自動創(chuàng)建一個新工程即Projectl，并包含一個名稱為HFSSDesign1的設計。由主菜單選File Save保存在用戶設定的路徑及文件夾內(nèi)，并重新命名為T_waveguide。（2）重新命名HFSS設計在工程樹中選擇HFSSDesign1，點擊右健，選擇Renamne 項，將設計命名改為T_waveguide_design1。整個工程設計窗口如圖 顯示。圖 1.6.1 工程設計窗口圖 1.6.2 設置求解類型（3）選擇求解類型主菜單中選擇HFSS Solution Type，在彈出對話框中選擇Driven Modal項，如圖 所示。（4）設置單位主菜單中選3D Modeler Units，在Set Medel Units對話框中選擇in項。1.6.2 創(chuàng)建模型（1）創(chuàng)建長方體繪制一個長方體：主菜單中選Draw Box或在工具欄中點擊工具按鈕，按下Tab鍵切換到參數(shù)設置區(qū)（在工作區(qū)的右下角），長方體的基坐標（x, y, z）為（0, -0.45, 0)，數(shù)據(jù)輸入時用Tab 鍵左右移動，按下Enter 鍵確認后，輸入長方體的長和寬( dx, dy, dz）為（2, 0.9, 0)，再按下Enter 鍵確認，輸入高度（0, 0, 0.4)，再按下Enter 鍵確認。注意：在設置未全部完成時不要在繪圖區(qū)中點擊鼠標！定義長方體屬性：設置完幾何尺寸后，自動彈出該長方體的屬性對話窗。選擇Arrtibute 標簽頁，將Name項改為介Tee，Material項保持為Vaccum不變，點擊Transparent項數(shù)值條，在彈出窗口移動滑條使其值為0.6，提高透明度。設置完畢后按Ctrl+D鍵，將長方體適中顯示，如圖（a）所示。（a） （b）圖1.6.3 （a）所建長方體；（b）設置波端口定義波形端口：按下F鍵轉(zhuǎn)換到面選擇狀態(tài)，選中長方體平行于YZ面、x = 2的平面，再點右鍵，選擇Assign Excitation Wave Port項，彈出Wave Port設置對話框，輸入名稱WavePortl，點擊Next；點擊Integralion Line項選New Iine，則提示繪制端口，在繪圖區(qū)該面的下邊緣中部即（2, 0 ,0）處點左鍵，確定瑞口起始點，再選上邊緣中部即（2, 0, 0.4）處，作為端口終點。此時彈出Wave Port設置對話框，默認設置，點Next, 點Finish 結(jié)束。在工程樹中選設計T_waveguide_design1內(nèi)的Excitations項中的WavePortl端口，可選中該端口，如圖（b）所示。提示：按下Alt鍵的同時，點左鍵移動鼠標可以旋轉(zhuǎn)模型。按下Shift鍵的同時，點左鍵移動鼠標可以移動模型。同時按下Alt+Shft鍵，點鼠標左鍵可以放大模型。（2）復制長方體復制長方體以創(chuàng)建第2部分：展開繪圖歷史樹的ObjectsvaccuumTee節(jié)點，右鍵點擊Tee頂，選擇Edit Duplicate Around Axis，在彈出對話窗的Axis 項選擇Z軸，在Angel項輸入90deg，在Total Number項輸入2，點擊OK。則復制、添加一個長方體默認名為Teel_1，與Z軸成90度夾角。按下Ctrl+D鍵以適中顯示，如圖所示。圖1.6.4 復制第二個長方體繼續(xù)復制第一個長方體以創(chuàng)建第3部分：重復以上步輟，只是在Angel項輸入-90，則添加第3個長方體，默認命Tee_2，即Tee沿Z軸順時針旋轉(zhuǎn)90度復制而成，如圖所示。圖1.6.5 復制第三個長方體（3）組合長方體組合：按下O鍵切換到物體選擇狀態(tài)。選中第1 個長方體，按下Clrl鍵的同時選中第2、第3個長方體，主菜單中選擇3DModeler Option Boolean Unite，則將3個長方體組合在一起，形成了一個T型接頭如圖所示。圖1.6.6 組合成T型接頭（4）創(chuàng)建間隔繪制長方體：主菜單中選擇Draw Box，在繪圖區(qū)任選一個基準點，在XY平面展開成長方形，點左鍵確定，再沿Z軸展開成長方體，點左鍵確定，完成后彈出屬性對話窗。確定位置參數(shù)：在屬性對話框內(nèi)的Comman頁，在Position項輸入（-0.45in, offset-0.05in,0in），按下Enter 鍵，則彈出Add Variable對話框，在該對話框Value項輸入0in，點OK，回到屬性對話窗。注意：由于還沒有定義offset這個變量，上述數(shù)據(jù)輸入時要帶上單位in，并且offset變量為屬于設計T_waveguide_design1的局部變量。調(diào)整長方體尺寸：仍然在Command頁，在Xsize項輸入0.45，在Ysize項輸入0.1, 在Zsize項輸入0.4。命名：在屬性對話框中選擇Attribute標簽頁，在Name欄輸入septum，其它不變，點確定完成。則這個名為SePtum的小長方體，即作為間隔創(chuàng)建完成，如圖所示。圖1.6.7 創(chuàng)建間隔由T 型接頭中減去間隔：在歷史樹中選中Tee項，按下Ctrl鍵的同時再選中septum項，主菜單中選擇3DModeler Boolean Subtract，在彈出對話窗中，確定Tee在Blank Parts列中，septum在Tool Parts列中（即將間隔從T型接頭中去掉），點OK完成。最終的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖1.6.8 從T型接頭中去除間隔（5）添加另外兩個波端口按前述添加波端口WavePortl的方法，添加T型結(jié)構(gòu)的另外兩個波端口，分別為WavePort2和WavePort3。1.6.3 仿真求解設置（1）添加求解設置在工程設計窗口中找到T_waveguide_design1Analysis節(jié)點，點右鍵選擇Add Solution Setup，彈出求解設置對話框，在General標簽頁的Solution項輸入10，默認單位為GHz，在Adaptive Solutions的Maximum Number of Passes項設為3，其它不變，點確定。則在T_waveguide_design1Analysis節(jié)點下添加了有關(guān)求解設置項，默認名為Setup1。添加頻率掃描：在工程設計樹中的Setup1項上點右鍵，選擇Add Sweep,在彈出的對話框中選擇Interpolation項，其具體設置默認不變；在Type欄選擇Linear Step，定義頻率范圍為810GHz，間隔0.01GHz，點擊OK完成。則在Setup1節(jié)點下增加一個頻率掃描項，默認名為Sweepl。工程設計樹窗口更新如圖所示。圖1.6.9 更新后工程設計樹窗口（2）確認設計主菜單中選擇HFSS Validation Check，則彈出確認檢查窗口，對設計進行確認。全部完成且沒有錯誤時，點Close結(jié)束。（3）仿真分析主菜單中選擇HFSS Analyze對設計的模型進行三維場分析求解。求解全部完成后在信息窗口會出現(xiàn)確定信息。（4）移動間隔的位置在工程樹的T_waveguide_design1項上點右鍵，選擇Design Properties項。在彈出對話框的Local Variables標簽頁中選擇Value項，在Offset參數(shù)的Value框輸入0.2 （即Offset變量的值為0.2)，點確定完成。則軟件在繪圖窗自動更新幾何尺寸，如圖所示。圖1.6.10 移動間隔的位置（5）重新分析在工程樹的Analysis項點右鍵，選擇Analyze，重新進行3D場仿真求解。1.6.4 比較結(jié)果（1）創(chuàng)建一個S參數(shù)的矩形曲線圖創(chuàng)建結(jié)果圖：在工程樹中的Results項上點右鍵，選擇Create Reort。在彈出對話框的Reort Type列選擇Modal Solution Data，在Display Type列選擇Rectangular Plot，點OK 完成則彈出Traces對話窗。設置曲線：選中對話窗中部的Y標簽頁，在Category列 選擇S parameter，在Quantity列，按下Ctrl鍵的同時，選擇S(WavePort1，WavePortl）、 S(WavePort1，WavePort2）、S(WavePort1，WavePort3）項，在Function列選擇mag。在X標簽頁，選擇Use Primary Sweep項。在Sweeps標簽頁，選擇Sweep Design and Project variable values，其它默認，點擊Add Trace，則在上方加入S11、S12、S13參數(shù)曲線，點Done完成。則在工程樹的Results項下加入該圖表項默認名為XYPlotl, 在右側(cè)窗口的矩形圖中顯示不同間隔的S參數(shù)曲線，結(jié)果如圖所示。圖1.6.11 包含S參數(shù)的矩形曲線圖（2）創(chuàng)建一個場覆蓋圖定義間隔的位里：確定Property窗口己經(jīng)打開，否則在主菜單中選擇View Property Window，顯示Property窗口。在工程樹中選擇T_waveguide_design1項，則在工程樹下方出現(xiàn)Variables標簽頁，在Offset變量的Value欄輸入0。定義場分布：雙擊工程樹中的T_waveguide_design1項，返回繪圖窗口。在繪圖區(qū)點右鍵選擇selec