Ansoft HFSS 90的优化问题 优化的是通过调整一个物理模型的几何

1、Ansoft HFSS 9.0的优化问题优化的是通过调整一个物理模型的几何参数，使这个物理模型的电磁特性符合我们的要求，在此我们以前面讲的微带天线的为例，简单讲述天线优化的过程。本章中你的目标是：优化参数设置Parametric求解。优化求解时间：完成这章的内容总共大约要20分钟。一.设置优化变量在前几章模拟的微带天线中，微带天线具有固定的参数，因此其天线的性能也是一定的。在此，我们首先要将微带天线的几何尺寸设为变量，然后通过Ansoft中的优化功能及我们所需要的微带天线的某种电磁特性来选取其的尺寸。1在goundplane中设置变量。在操作历史树中,点击goundplane前+号将其展开；选

2、中CreatRectangle单击鼠标右键，点击Properties项（或直接在属性（command）窗口修改）。 图335 从操作历史树选中CreatRect 图336 在command 窗口的属性表修改Position，把原来的-45,-45,0改为glaneStart,glaneStart,0；图337 在goundplane的command 页修改Position因为glaneStart变量从来没有定义过，HFSS系统会自动跳出变量定义框。此时我们可以将glaneStart定义为变量，其初始值为-45mm。（注意：不要忘记了写单位mm）。图338 定义变量glaneStart下一步修改

3、XSize，Ysize；把原来的90mm,90mm改为glaneSize, glaneSize；定义变量glaneSize，其初始值为90mm,步骤如上。图339 修改完毕后的goundplane的command 页2在substrate中设置变量。操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下，格式为（变量：初始值）：基板起始点的xy坐标subStart: -22.5mm;基板的大小subSize: 45mm;基板的高度subHeight: 5mm;如下面的形式将其替代：Position: -22.5mm,-22.5mm,0mm-> subStart , subStart , 0mm;XSi

4、ze : 45mm-> subSize;YSize : 45mm-> subSize;ZSize : 5mm-> subHeight.图340 修改完毕后的substrate的command 页3 在Patch中设置变量。操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：PatchStart: -16mm; PatchSize: 32mm; Position: -16mm, -16mm, 5mm -> PatchStart , PatchStart , subHeight;XSize : 32mm -> PatchSize;YSize : 32mm -> Patch

5、Size;图341 修改完毕后的Patch的command 页4 在feed中设置变量。操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：FeedLocation: 8mm; Position: 0 mm, 8mm , 0mm -> 0mm , FeedLocation , 0mm;Height : 5mm -> SubHeight;图342 修改完毕后的feed的command 页5 在port中设置变量。操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：Position: 0 mm, 8mm , 0mm -> 0mm , FeedLocation , 0mm;图343 修改完毕后的por

6、t的command 页6 在chamCut1中设置变量。ChamCut1在我们切割后并未消失，而是隐藏在patch的Subtract操作中；在操作历史树中,点击patch前+号将其层层展开直到看到CreateLine(patch>Chamcut1>CreatPolyline>CreateLine)；用鼠标双击CreateLine后，出现线条属性修改窗口。 图344 展开Patch操作可以显示CreateLine项定义变量ChamSize6mm；通过修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长。原来的第二点坐标6,0,0>ChamSize,0,0原来的第三点坐标0,6

7、,0>0, ChamSize,0具体做法是以此次双击三个CreateLine后，如下图修改线条属性。图345 修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长7 修改Chamcut1的位移矢量。在操作历史树中,点击patch前+号将其层层展开直到看到Move(patch>Chamcut1>Move)；用鼠标双击Move后，出现位移矢量属性修改窗口。将其中的Move Vector 从-16mm 16mm 5mm改为patchStart,patchStart, SubHeight;图346修改Chamcut1的位移矢量8 建立变量之间的关系。在某一个类型的天线中，组成天线的各个部

8、分之间的位置、尺寸存在某种关系（例如50ohm同轴线，在中间的填充介质一定的情况，其内径和外径之间有一个固定的比例，要改变内径，外径也应随之改变）。对于本例所说的微带天线来说地板的起始点坐标和地板的大小、介质基片的起始点坐标和介质基片的大小以及贴片的起始点坐标和贴片的大小就有关系。设置如下：在project工作区选择hfopt_ismantenna设计，点击鼠标右键选择Design Properties项。图347从project工作区更改设计变量此时HFSS系统会弹出变量属性对话框；将glaneStart设为-gplaneSize/2；将subStart设为-subSize/2；将Patch

9、Start设为-patchSize/2；建立变量联系。图348建立变量联系优化变量的设置至此就结束了。二. Parametric求解这种解的方式是给出几组物理模型的几何参数值，然后根据这些几何参数来计算物理模型的电磁特性，以此得到物理模型的哪些尺寸对其某一方面电磁特性有重要影响。在后面的优化中，我们可以以这些对物理模型的某一方面电磁特性影响很大的尺寸为变量，进行优化。最后得到物理模型的最佳尺寸。在本例中，我们以微带天线的贴片的大小（PatchSize）和切角的大小(ChameSize)为变量，看它们对天线馈电端口的S参数的影响。1选择Project工作区的Optimetrics,点击鼠标右键，

10、选择Add项进而选择Paramtric项。或直接点击图标。图41 在project工作区设置Parametric 此时HFSS系统会弹出变量扫频对话框。图42 添加Parametric变量2Sweep Definitions子页用来添加变量，在Sweep Definitions子页中点击Add按钮，我们来添加ChameSize和PatchSize两个变量。首先点击Variable向下三角选择ChamSize，接着选中Linear count（线性变化）；Start设为5mm,Stop设为7mm；Count为3;最后点击Add按钮添加变量。同样选中PatchSize;接着选中Linear cou

11、nt（线性变化）；Start设为31mm,Stop设为33mm；Count为3。最后点击Add按钮添加变量。点击OK后返回。图43 添加ChameSize变量图44添加 PatchSize变量3点击Table页，这里显示了我们刚才设置变量的9种组合选择。图45 变量的组合选择4下面我们来定义几个输出变量（也就是表示物理模型某种电磁特性的量）。点击Calulations页，点击Add按钮，选择Solution为Setup:LastAdaptive；点击it Calculation按钮。图46 Calulations页的操作此时出现Output Variables对话框；在Name项填入S11ma

12、g；在Report Type项选择 Model S Parameter；solution项选择 Setup:LastAdaptive；Category选择 S Parameter,Quantity 选择S(port1,port1),Function选择mag。点击Insert quantity Into Expression把以上所选加入表达式。最后点击Add完成加入变量的操作。图47 加入输出变量S11mag同样操作加入输出变量AxiaRatio和cost。他们的设置如下：AxiaRatio：Name项填入AxiaRatio；在Report Type项选择 Far Fields；soluti

13、on项选择 Setup:LastAdaptive；Category选择Axia Ratio,Quantity 选择AxiaRatioValue,Function选择<none>。点击Insert quantity Into Expression把以上所选加入表达式。cost：Name项填入cost；在Report Type项选择 Far Fields；solution项选择 Setup:LastAdaptive；Category选择Axia Ratio,Quantity 选择AxiaRatioValue,Function选择<log>。点击Insert quantity

14、 Into Expression把以上所选加入表达式,并在已经得到的表达式前加入运算号”10×”；最终表达式为10*log(AxialRatioValue)；最后点击Done后返回。图48 加入输出变量AxiaRatio图49 加入输出变量cost在Calculation项选择S11mag后点击确定返回。图410 选择S11mag作为输出变量5在Project工作区选择ParametricSetup1,点击鼠标右键选择Analyze求解。图411 求解6在Project工作区选择ParametricSetup1,点击鼠标右键选择View Analysis Result查看求得的结果。

15、图412 查看求解结果图413 求解结果（图形解）图414求解结果（表格解）三. 优化求解优化是改变我们前面设定的几何尺寸变量，使得物理模型的某种电磁特性达到我们要求的那样。这时我们得到在我们所要求的性能下，物理模型的最佳尺寸。1首先我们定义几个优化变量及其范围。在project工作区选择hfopt_ismantenna设计，点击鼠标右键选择Design Properties项。图415 从project工作区更改优化变量此时HFSS系统会弹出变量属性对话框；选择Optimization.在PatchSize右的Include打上勾，并设其最小值为30mm, 最大值为30.5mm；同样设置Ch

16、amSize设其最小值为5mm, 最大值为5.5mm。图416 设置优化变量2 设一个远区辐射场（可以计算远区参数）。在project工作区选择Radiation，点击鼠标右键选择Insert Far Field Setup项,选择infinite Sphere。图417设置远区辐射场此时会弹出辐射场特性对话框，我们主要关心Phi=0,Theta=0的情况。所以把接Phi的Stop设为0deg; Theta的Stop设为0deg图418远区辐射场属性对话框3 设置优化函数（所要求的电磁参量的函数）。选择Project工作区的Optimetrics,点击鼠标右键，选择Add项进而选择optimi

17、zation项。或直接点击图标。图419 在project工作区设置optimization 此时HFSS系统会弹出optimization设置对话框。图420optimization设置对话框点击add按钮，添加一个优化函数。选择Solution为Setup1:LastAdptive；目标函数（calculation）设为cost.图421选择cost为优化函数在设置目标值时，应注意要根据目标函数的数据结构来设置目标，若目标函数的数据结构为（real,imag）则可设目标值（Goal）为n,m(n.m表示趋近值) ; 目标加权参数（Weight）为w1,w2(w1、w2表示加权值)； 若目标函数的数据结构为（mag ）,则可设目标值（Goal）为n; 目标加权参数（Weight）为w(w表示加权值)；Max.No. of为最大迭代步数；在本例中的设置如下：Goal :0,0，Weight:(1,1)，Max.No.of:100Acceptable(可接受误差):0.01。图422设置优化目标点击Viariables页，点击Advanced按钮，将 ChamSize和PatchSize的初始点为5.1mm,30.1mm。注意：在此处变量的