HFSS建模问题.docx

HFSS的使用一、新建工程设置1、 运行HFSS并新建工程2、 选择求解类型 共三种：模式驱动求解Driven Model 终端驱动求解 本证模求解3、 设置长度单位 英寸in 毫米mm二、创建参数化设计模型1、构造出准确的几何模型以及指定模型的材料属性 【Tools】-【Options】-【Modeler Options】，打开3D Modeler Option对话框，选择Drawing选项卡，确认选中Edit Properties of new primitives复选框。Transparent 模型的透明度； Ctrl+D 将模型放大或缩小到适合窗口全屏系那是的大小；2、准确的分配边界条件3、准确的分配端口激励 按“F”（Face）键切换到“面”选择状态，此时可以选择想选中的那个面； 选中要设置为激励的那个面，单击右键，选择：【Assign Excitation】-【Wave Port】，打开波端口设置对话框，输入Name的名称，例如Port1之类的，单击下一步，在新窗口中单击打开Integration Line下方的下拉列表框，选择New Line选项，设置端口的“积分校准线”； 复制操作：【Tools】-【Options】-【HFSS Options】，打开HFSS Options对话框，选择General选项卡，选中Duplicate boundaries with geometry复选框。复制时，通过操作历史树选择物体。操作历史树按“O”（Object）键切换到“物体”选择状态，此时可以选择想选中的那个物体；4、 合并长方体【Tools】-【Options】-【Modeler Options】，打开3D Modeler Option对话框，选择Operation选项卡，确认Clone tool objects before unite（合并）复选框未被选中。选中要合并的物体，选择【3D Modeler】-【Boolean】-【Unite】命令或是单击图标，执行合并操作。合并后的物体名称和属性与第一个被选中的物体相同。执行相减操作，先选中A模型，再选中B模型，执行操作，则是从A中减去B模型。此时在相减操作对话框中，A在对话框中的Blank Parts 栏，B在Tool Barstool栏。5、 分析求解设置（1）添加求解设置：在工程管理窗口（Project Manager）中，展开TeeModal设计，选中Analysis节点，单击右键，选择【Add Solution Setup】，打开“求解设置”对话框。在对话框中输入求解的频率，此时在工程管理窗口Analysis节点下添加了一个名称为Setup1的求解设置项。（2）添加扫频设置：选中Setup1，点击右键，选择【Add Frequency Sweep】，打开Edit Sweep对话框。选择Sweep Type：interpolating，Frequency Setup：中选择Type、初始的频率，扫频的间隔即步长（Step Size）。（3）在主菜单中选择【HFSS】-【Validation（检验、检验） Check】，或者单击，检验设计的完整性和正确性。如果正确，单击按钮，进行仿真，或是选择【HFSS】-【Analysis All】。在三维模型窗口中单击右键，即可选择【Select Faces】、【Select Objects】【Select Eages】【Select Vertices（顶点、至高点）】【Select Multi（种种、多方面的）】6、 查看分析计算结果（1）图形化显示S参数计算结果：右键单击工程管理窗口中工程树下的Results项，在弹出的菜单中选择【Create Modal Solution Date Peport】-【Rectangular Plot】，打开“结果报告设置”对话框。在对话框左侧，Solution项选择Setup1：Sweep1，Domain项选择Sweep；在对话框右侧，X项选择Freq，在Category（种类、类型、类别）列选择S Parameter，在Quantity列选择需要掩饰的S参数，在Fuction列选择mag/dB等单位，等等，单击New Report按钮，即可绘制处S参数幅度随频率变化的曲线。绘制生成的结果显示报告会自动添加在工程树的Results节点下，其默认名称为XY Plot 1。（2）查看表面电场分布：选择模型的某个面，绘制该面上的电场分布。例如，选择某个E面，绘制其电场分布图，【HFSS】-【Fields】-【Plot Fields】-【E】-【Mag_E】，即可打开Create Field Plot对话框，单击Done按钮，此时在选中的波导表面即可显示出场分布情况；同时，在工程树Field Overlays节点下会自动添加该场分布图，其默认名称为Mag_E1。（3）动态演示场分布图：在工程树的Mag_E1项单击右键，选择【Animate（动态）】，打开“动画演示设置”对话框，单击OK按钮，则可观察到T形波导表面的场分布开始动态变化。三、T形波导的优化分析1、新建一个优化设计工程 如果仅仅是对一个频点进行参数扫描分析和优化设计，那么首先要删除在上述工程中添加的扫频设置项（即Sweep1）。2、参数扫描分析设置和仿真分析举例：使用Optimetrics模块的参数扫描分析功能，分析波导端口的输出功率和隔片位置之间的关系。 （1）添加参数扫描变量：选中工程树下的Optimetrics节点，单击右键，选择【Add】-【Parametrics】，打开Setup Sweep Analysis对话框，单击Add按钮，在Add/Edit Sweep对话框中，Variable项选择变量Offset做为扫描变量，扫描类型例如选择为Linear Step，并进行Stat Stop Step的设置。在Setup Sweep Analysis对话框中选择Options选项卡，选中Save field and mesh复选框，这样可以保存每个求解变量的场分析结果。 （2）定义输出变量：在添加了参数扫描变量的基础上，添加输出变量，因此选中上述步骤生成的ParametricSetup1，打开Setup Sweep Analysis对话框，打开Calculations选项卡，单击Setup Calculations按钮，打开Add/Edit Calculation对话框，单击Output Variables对话框，定义和添加输出变量。例如： （3）在Output Variables对话框的Name栏输入Power11（表示一端口的输入/输出功率），在Category栏中选择S Parameter，在Quantity中选择S(Port1,Port1)，在Function中选择mag，然后单击Insert Into Expression按钮；此时在Expression栏添加了mag(S(Port1,Port1)表达式，然后，在该表达式末尾输入*号，再次单击Insert Into Expression按钮，则Expression栏的表达式改为mag(S(Port1,Port1)* mag(S(Port1,Port1)；然后，单击Add按钮，即在对话框顶部添加了输出变量Power11及其表达式。 （4） 参数扫描分析求解：完成上述工作后，单击，检验设计是否准确，如果准确，选中工程树Optimetrics节点下的ParametricSetup1项，单击右键，选择【Analyze】命令，运行仿真。3、查看参数扫描分析结果（1）创建功率分配随变量Offset变化的关系图：右键单击工程树中的Results项，从弹出的菜单中选择【Create Modal Solution Data Report】-【Rectangular Polt】；在打开的对话框中，X项选择Offset，在Y栏下方的Category列选择Output Variables，Quantity选中Power11，Power21，Power31，Function列选择none；单击New Report按钮，即可绘制出输出变量Power11，Power21，Power31与变量Offset的关系曲线报告。同时，该报告会自动添加到工程树的Results节点下，其默认名称为XY Plot 1。单击Close按钮，关闭报告设置对话框。 从结果报告中可以提取出变量Offset的优化范围，从而可以为后续的优化设计做准备。（2）动态演示场分布随变量Offset的变化：双击工程树下Field Overlay节点下的Mag_E1项，激活场分布，右键单击Mag_E1，选择【Animate】命令，打开Select Animate对话框，单击New按钮，打开Setup Animation对话框。在此对话框中，Swept Variable项下选择变量Offset，单击OK按钮，此时，开始动态演示隔片位置变量Offset在01英寸之间变化时电场的分布情况。四、优化设计添加优化设计项，进行优化设计，求解出隔片的位置，使得端口3的输出功率是端口2输出功率的两倍。（1） 添加优化变量：从主菜单栏选择【HFSS】-【Design Properties】，打开“设计属性”对话框，选中上方的Optimization按钮，在变量Offset栏勾选Include项，单击确定按钮。（2） 选中工程树下的Optimertics节点，单击右键，选择【Add】-【Optimizetion】，打开“优化设置”对话框。在该对话框的Goals选项卡界面，优化器Optimizer栏选择Quasi Newton，Max.No.of Iterations栏保持默认值1000不变。（3） 添加目标函数（Cost Function），这里优化设计的目标是，当工作频率为10GHz时，端口3的输出功率是端口2输出功率的两倍；使用前面定义的输出变量，可以设置目标函数为Power31-2*Power21=0。在优化设置对话框的Goals选项卡界面，单击对话框中的Setup Calculation按钮，在弹出的对话框中首先单击Add Calculation按钮，然后单击Done按钮，即可在Cost Function表中添加了新的一栏。在Calculation列输入目标函数的表达式Power31-2*Power21，按回车确认，Condition列选择“=”，Goal列输入0，Weight列输入1.Acceptable想输入0.0005，表示目标函数的值小于或者等于设定的0.0005时，停止优化分析；Noise项保持默认的0.00001不变。（4） 设置优化变量的取值范围。选择Variables选项卡，在Variable列只有一个Offset变量，在Override列勾选Offset对应的复选框，在Starting Value列输入0.1，勾选include列的复选框，分别在Min和Max列输入0和0.3，即设定变量Offset的优化范围为00.3英寸。（5） 选择General选项卡，Parametric栏选择ParametricSetup1，同时选中下方的Solve the parametric before sweep optimizetion单选按钮，并勾选Update design parameter values after optimizetion复选框。选择Options选项卡，确认清空Save fields and mesh复选框。至此，优化设置完成，点击确定按钮。（6） 优化设置完成后，运行优化分析，右键单击工程树下Optimetrics节点下的OptimizetionSetup1，选择【Analyze】。五、查看优化结果1、目标函数与运算迭代次数的关系曲线图在HFSS优化分析过程中，可以实时显示每一次迭代计算的变量值和目标函数值，观察目标函数是否收敛以及何时达到优化目标。查看步骤如下：（1） 右键单击工程树OptimizationSetup1项，选择【View Analysis Result】命令，打开Post Analysi Display对话框。（2） 在对话框中，若选择Plot项，则表明是以图形形式显示目标函数值和迭代次数的关系，若选择Table项则是以数值列表形式显示