CH2 HFSS仿真原理与使用方法.ppt

电磁工程设计与仿真 第二章HFSS仿真原理与使用方法 主要内容 2 2HFSS仿真类型与过程 2 3HFSS使用方法与技巧 2 1HFSS仿真原理 有限元法 2 1HFSS仿真原理 有限元法 一 微波问题数值分析方法 1 电磁场方程 1 有源激励问题 DrivenModel 2 无源本征值问题 EigenvalueModel 3 算子表示 L B 微分或积分算子u 电磁场量E或Hg q 域内或边界源量 2 加权残数法 1 场量u离散化 正交完备基函数的加权和 求函数u 求系数a连续 离散函数 代数 2 加权残数法 u近似解 权函数 基函数 伽略金法 Galerkin 权函数内积构成误差泛函 2 加权残数法 3 线性代数方程 矩阵方程组 求方程组 a uN越大 越接近真解 计算量越大矩量法 有限元法基于此方法求解 矩量法 MethodofMoment MoM 基于积分方程求解有限元法 FiniteElementMethod FEM 基于微分方程求解 线性方程组 二 有限元法 1 HFSS的仿真方程 无源 矢量E波动方程 HFSS仿真基础 问题 两边同乘ur 可以吗 2 HFSS的离散单元 基函数 全域基函数 满足边界 较难 分域基函数 全域分成很多离散单元 空间离散化 manysmallersubsections 离散单元 四面体 tetrahedra 四面体是较好选择 其他选择 矩形块 六面体 能模拟任意形状的几何体 数值解的精度高 网格 Mesh 节点总数N网格越细 N越大未知量越多 计算量越大计算精度越高 2 HFSS的离散单元 棱边元 矢量有限元 四面体内场的插值方法 棱边i的矢量基函数 棱边i的未知系数 zeroorderbasisfunction firstorderbasisfunction makesuseofnodalvaluesatedgesonly 每个四面体6个未知量 Secondorderbasisfunction 20unknownspertetrahedron 45unknownspertetrahedron nodalvaluesatvertices onedgesandonfaces 3 HFSS的场求解 A 稀疏矩阵 注 四面体元内ai不为零 4 HFSS的方程组求解 直接法 矩阵A求逆 通常采用LU分解法 A LU一般计算复杂度 HFSS稀疏矩阵算法 迭代法 给定初值a0 迭代过程 CG 收敛判断 一般计算复杂度 HFSS稀疏矩阵算法 HFSS自适应迭代法 2 2HFSS仿真类型与过程 Thecomputationalvolumeanditsparts Solutionspace consistsofalltheregionsandobjectswithinwhichauserwantstodeterminetheEMfields withinwhichHFSSexplicitlycalculatesallEMfields Outsideboundaries theouter mostsurfaces orfaces Anyfieldquantitiesthatareoutsidethisvolumecanbederivedfromthefieldswithinit 注意 HFSS的背景通常默认为理想导体 2 2HFSS仿真类型与过程 Thefoursolutiontypes UsingHFSS selecttypeofsolutionneedstocalculate 1 DrivenModal S matrixofincidentandreflectedpowersofWGmodes 2 DrivenTerminal S matrixofterminalvoltagesandcurrents 3 Eigen mode resonantfrequencyandfieldsataparticularresonance 4 Transient Calculatingproblemsinthetimedomain CoupledCavityresonatoranalyzedusingEigenmodesolver CoplanarMicrostripstructureanalyzedusingDrivenModal CoplanarMicrostripstructureanalyzedusingDrivenTerminal 2 2HFSS仿真类型与过程 ThesixgeneralstepsinanHFSSsimulation 2 3HFSS使用方法与技巧 一 HFSS工作环境 Desktop 一 HFSS工作环境 一 HFSS工作环境 一 HFSS工作环境 一 HFSS工作环境 HFSS仿真过程 1 运行HFSS 建立项目 Project hfss 2 插入一个设计 Design 3 选择求解器类型 SolutionType 4 设置合适的单位 Units 5 建立模型 Model 6 设置边界条件 Bounderies 7 设置激励 Excitions 8 设置求解频率等 SolutionSetup 9 检查当前工程的有效性 Validationcheck 10 求解当前工程 Analyzeall 11 创建结果报告 Results 六大步骤 四个准备 二 HFSS项目与设计 1 项目操作 File New Open Save SaveasEdit Delete Rename创建 Waveguide hfss 2 插入设计 Project InsertHFSSdesign创建 WG 3 求解类型 HFSS SolutionType 4 设置单位 Modeler Units 三 HFSS建模 Model 1 建立矩形体 波导 Position 0 0 0 Dx 50mm Dy 22 86mm Dz 10 16mm 输入坐标方式 鼠标点击输入 再修改特性 2 修改实体特性 名称 透明度 3 修改可见性 View Hide Show Activeview 5 线 面 体的选择 Edit Select Deselect V E F O M 6 定位功能 网格 顶点 边中点 面中点 4 旋转 缩放 Rotate Zoom 三 HFSS激励设置 激励设置在端口 Port 处 HFSS有8中激励形式 选择合适的激励 常用波端口激励 三 HFSS激励设置 波端口 WavePort 外部端口通过传输线方式对微波结构施加激励 HFSS处理 1 假设连接与端口相同形状与材料的半无限长波导 2 每个波端口的二维场解为三维问题提供端口上的边界条件 二维端口场 采用2D有限元方法求解 三 HFSS激励设置 波端口设置技巧 三 HFSS激励设置 波端口设置技巧 1 选择端口面 右键 AssignExcitation WavePort 2 端口名 Port13 模式 模式数 积分线 特性阻抗Z0 极化 4 端口处理 归一化 参考面移动 Deembeded 四 HFSS边界条件 激励设置在端口 Port 处 HFSS有8中激励形式 选择合适的激励 常用波端口激励 六 HFSS材料设置 材料参数 1 相对磁导率 2 相对介电常数 3 导电率 4 介电常数损耗角正切 5 磁损耗角正切 6 各向异性材料 六 HFSS材料设置 使用材料库 Tools EditConfiguredLibraries Materials 六 HFSS材料设置 材料设置 方式1 SelectObject RightClick AssignMaterials 方式2 Selectobject Edit Properties 七 HFSS求解设置 设置内容 1 基函数设置 2 矩阵方程求解器设置 3 自适应求解设置 4 频率扫描设置 七 HFSS求解设置 自适应求解设置 七 HFSS求解设置 矩阵方程求解器和基函数设置 迭代求解 不收敛时直接法 迭代精度 基函数选择 迭代参数 七 HFSS求解设置 频率扫描设置 八 HFSS有效性检查和求解 九 HFSS结果报告 1 端口场显示 口径场符合波导TE10模分布规律 九 HFSS结果报告 2 内部场显示 选择波导上表面 HFSS Fields 九 HFSS结果报告 2 内部场显示 场分布符合波导TE10模分布规律 九 HFSS结果报告 3 动画显示 View Animate 九 HFSS结果报告 4 S参数结果 九 HFSS结果报告 4 S参数结果 达到预期结果 S21 1 S11 0 十 拓展 波导不连续性仿真 对称膜片尺寸 厚度0 1mm宽度1 8mm高度10 16mm 1 添加膜片2 S