HFSS及其应用解析学习课程

1、一、HFSS简介 美国美国Ansoft公司开发公司开发的采用有限元法全波电磁的采用有限元法全波电磁仿真软件，以其无与伦比仿真软件，以其无与伦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、稳定成熟的的操作界面、稳定成熟的自自适应网格剖分技术适应网格剖分技术成为业成为业界公认的三维电磁场设计界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。和分析的工业标准。HFSS (High Frequency Structure Simulator)第1页/共25页第一页，编辑于星期五：二十三点 六分。二、HFSS原理p 有限元方法有限元方法 (Finite Elem

2、ent Method , FEM)p自适应网格剖分技术自适应网格剖分技术第2页/共25页第二页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 射频和微波无源器件设计射频和微波无源器件设计HFSS能够快速精确地计算各种射频能够快速精确地计算各种射频/微波无源器件的电磁特性，得到微波无源器件的电磁特性，得到S参数、参数、传播常数、电磁特性，优化器件的性能指标，并进行容差分析。传播常数、电磁特性，优化器件的性能指标，并进行容差分析。第3页/共25页第三页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 天线、天线阵列设计天线、天线阵列设计HFSS能够快速精确地计算天线的各种性能，包括二维、

3、三维远场和能够快速精确地计算天线的各种性能，包括二维、三维远场和近场辐射方向图、天线的方向性、增益、轴比、半功率波瓣宽度、近场辐射方向图、天线的方向性、增益、轴比、半功率波瓣宽度、内部电场分布、天线阻抗、电压驻波比、内部电场分布、天线阻抗、电压驻波比、S参数等。参数等。第4页/共25页第四页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 高速数字信号完整性分析高速数字信号完整性分析HFSS能够自动和精确地提取高速互联结构和版图寄生效应，结合能够自动和精确地提取高速互联结构和版图寄生效应，结合Ansoft Designer或其它电路仿真分析工具去仿真瞬态现象。或其它电路仿真分析工具去仿真瞬

4、态现象。第5页/共25页第五页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 电磁干扰和电磁兼容电磁干扰和电磁兼容(EMI/EMC)分析分析HFSS强大的场后处理功能可以把整个空间的场分布以色标图的方式直观地显示强大的场后处理功能可以把整个空间的场分布以色标图的方式直观地显示出来，进一步通过场计算器出来，进一步通过场计算器(Field Calculator)可以给出电场可以给出电场/磁场强度的最强点，磁场强度的最强点，并能输出详细的场强值和坐标值。并能输出详细的场强值和坐标值。第6页/共25页第六页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 电真空器件设计电真空器件设计HFSS

5、强大的本征模求解器结合周期性边界条件，能够准确地仿真分析器件的强大的本征模求解器结合周期性边界条件，能够准确地仿真分析器件的色散特性，得到归一化相速与频率的关系以及结构中的电磁场分布，为这类器色散特性，得到归一化相速与频率的关系以及结构中的电磁场分布，为这类器件的设计提供了强有力的设计手段。件的设计提供了强有力的设计手段。 第7页/共25页第七页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 目标特性研究和雷达散射截面目标特性研究和雷达散射截面(RCS)仿真仿真HFSS中定义了平面波入射激励，结合辐射边界条件或中定义了平面波入射激励，结合辐射边界条件或PML边界条件，可边界条件，可以准确

6、地分析复杂目标的以准确地分析复杂目标的RCS。第8页/共25页第八页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 比吸收率比吸收率(SAR)计算计算比吸收率比吸收率是单位质量的人体组织所吸收的电磁辐射能量，它的大小是单位质量的人体组织所吸收的电磁辐射能量，它的大小表明了电磁辐射对人体健康的影响程度。表明了电磁辐射对人体健康的影响程度。HFSS可以准确地计算出指定位置的局部可以准确地计算出指定位置的局部SAR和平均和平均SAR。第9页/共25页第九页，编辑于星期五：二十三点 六分。三、HFSS的应用p 光电器件仿真设计光电器件仿真设计HFSS的应用频率（的应用频率（30MHz300GHz

7、）达到光波波段，能够精确仿真光电器）达到光波波段，能够精确仿真光电器件的特性。件的特性。半导体热器件：热敏电阻半导体热器件：热敏电阻第10页/共25页第十页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计流程新建工程新建工程设置求解类型设置求解类型创建设计模型创建设计模型求解设置求解设置求解频率、扫频设置求解频率、扫频设置分配材料属性分配材料属性分配边界条件分配边界条件分配端口激励分配端口激励网格剖网格剖分细化分细化求解求解结果是否结果是否收敛收敛是否需要扫是否需要扫频分析频分析扫频分析扫频分析数据后处理数据后处理查看查看S参数、场参数、场分布图等分布图等自适应网格剖分和求解过程自适应网格剖分

8、和求解过程否否是是是是否否第11页/共25页第十一页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例工具栏工具栏工程管工程管理窗口理窗口工程树工程树属性窗口属性窗口信息管理窗口信息管理窗口模型窗口模型窗口进程窗口进程窗口第12页/共25页第十二页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 建立模型建立模型第13页/共25页第十三页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 分配材料属性分配材料属性系统集成材料库系统集成材料库第14页/共25页第十四页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 分配材料属性分配材料属性自定义新材料自定义新材料各向同性各向同

9、性各向异性各向异性第15页/共25页第十五页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 分配材料属性分配材料属性自定义新材料自定义新材料第16页/共25页第十六页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 周期性边界条件周期性边界条件 主从边界条件（主从边界条件（Master & Slave）可以模拟平面周期结构，这对于）可以模拟平面周期结构，这对于模拟无限大平面及无限阵列非常有用！模拟无限大平面及无限阵列非常有用！第17页/共25页第十七页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 激励激励 Floquent端口专门用于平面周期结构问题，从本质上说

10、，端口专门用于平面周期结构问题，从本质上说，Floquent模式模式是一类平面波。是一类平面波。第18页/共25页第十八页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 求解设置求解设置第19页/共25页第十九页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 计算信息查询计算信息查询第20页/共25页第二十页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 计算结果计算结果S参数参数mmd325无金属衬底无金属衬底022fcd第21页/共25页第二十一页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例p 计算结果计算结果S参数参数1241240nfcndmmd325有金属衬底有金属衬底第22页/共25页第二十二页，编辑于星期五：二十三点 六分。四、HFSS设计实例 为提高仿真结果的准确性和可靠性，需为提高仿真结果的准确性和可靠性，需要进一步对模型进行优化计算，包括放大外要进一步对模型进行优化计算，包括放大外空间尺寸、细化网格、提高收敛精度等，与空间尺寸、细化网格、提高收敛