HFSS软件使用基础介绍教学课件

HFSS软件使用基础介绍12HFSS软件使用基础介绍121.HFSS简介2.HFSS使用3.举例说明4.参考文件目录22022/11/211.HFSS简介目录22022/11/21HFSS（HighFrequencySimulatorStructure）是美国Ansoft公司开发的全波三维电磁仿真软件，采用有限元算法。Windows图形用户界面，简洁直观；自动化的设计流程，易学易用；稳定成熟的自适应网格剖分技术，结果准确；1.HFSS简介32022/11/21HFSS（HighFrequencySimulator航空、航天、电子、半导体等领域：1.射频和微波无源器件设计2.天线、天线阵列设计3.高速数字信号完整性分析4.EMC/EMI分析5.电真空器件设计6.目标特性研究和雷达反射截面仿真7.计算SAR8.光电器件仿真设计HFSS的应用领域42022/11/21航空、航天、电子、半导体等领域：HFSS的应用领域420222.1工作环境介绍

2.2建立HFSS工程的一般过程

2.HFSS使用介绍52022/11/212.1工作环境介绍2.HFSS使用介绍52022/11/2.1工作环境介绍

62022/11/212.1工作环境介绍

62022/11/211.File菜单：管理HFSS工程文件以及进行打印操作72022/11/211.File菜单：管理HFSS工程文件以及进行打印操作7202.Edit菜单：修正3D模型及进行撤销和恢复等操作82022/11/212.Edit菜单：修正3D模型及进行撤销和恢复等操作82023.View菜单：显示/隐藏子窗口、更改模型显示方式92022/11/213.View菜单：显示/隐藏子窗口、更改模型显示方式92024.Project菜单：添加设计文件，管理工程变量102022/11/214.Project菜单：添加设计文件，管理工程变量102025.Draw菜单：添加设计文件，管理工程变量112022/11/215.Draw菜单：添加设计文件，管理工程变量112022/16.Modeler菜单：导入导出模型，模型布尔操作122022/11/216.Modeler菜单：导入导出模型，模型布尔操作122027.HFSS菜单：管理分析设置操作132022/11/217.HFSS菜单：管理分析设置操作132022/11/218.Tools菜单：修改当前物体材料的库文件，运行脚本文件142022/11/218.Tools菜单：修改当前物体材料的库文件，运行脚本文件一般步骤：1.启动软件，新建设计工程；2.选择求解类型；3.创建参数化设计模型：构造几何模型指定模型材料属性分配边界条件设置端口激励；4.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分；5.设计检查和运行仿真计算；6.数据后处理：S参数、场分布、电流分布、谐振频率、品质因数、天线辐射方向图等。2.2HFSS使用介绍

152022/11/21一般步骤：2.2HFSS使用介绍

152022/11/213.举例说明---通道机磁场分布

162022/11/213.举例说明---通道机磁场分布

162022/11/211.启动软件，新建设计工程；注：“另存为”路径名不要带汉字172022/11/211.启动软件，新建设计工程；172022/11/212.选择求解类型；【HFSS】【SolutionType】DrivenModalDrivenModal模式驱动求解类型：计算无源、高频结构的S参数时可选此项，如微带、波导、传输线结构；DrivenTerminal终端驱动求解类型：计算多导体传输线端口的S参数，由终端电压和电流描述S矩阵；Eigemode本征模求解类型：主要用于谐振问题的设计，计算谐振结构的频率和场分布、谐振腔体的无载Q值。182022/11/212.选择求解类型；182022/11/213.创建参数化设计模型：构造几何模型指定模型材料属性分配边界条件设置端口激励

；

（1）构造几何模型构造模型基本操作：坐标+尺寸+布尔+变换

布尔运算【Modeler】【Boolean】

合并Unite：多个物体生成一个物体；

相减Subtract：一个物体减去另一个物体；相交Intersect：截取多个物体重叠部分；分裂split：沿某坐标平面将物体分裂；192022/11/213.创建参数化设计模型：构造几何模型指定模型材料属性分配几何变换【Edit】【Arrange】/【Duplicate】

平移Move：沿指定矢量线移动至新位置；

旋转Rotate：沿指定坐标轴转动；镜像移动Mirror：移动物体至指定平面的镜像位置；

沿线复制Alongline：沿指定矢量线复制模型；绕轴复制AlongAxis：沿指定坐标轴复制模型；

镜像复制：沿指定镜面复制模型；202022/11/21202022/11/21设置长度单位【Modeler】【Units】设置mm为默认长度单位，模型具体单位可改212022/11/21212022/11/21变量的使用【Project】【ProjectVariables…】222022/11/21变量的使用222022/11/21(2)指定模型材料属性HFSS软件自带材料库，用户也可以修改其中的材料属性或者向材料库添加新材料。

选中模型：【Modeler】【AssignMaterial】232022/11/21(2)指定模型材料属性232022/11/21（3）分配边界条件

天线处在空气中，新建一个空气块包围住天线，作为求解电磁场的空间，在空气块表面设置“辐射边界条件”，模拟开放的自由空间，常用于天线分析。

注：为保证计算准确度，辐射边界距离辐射体不小于1/4工作波长。242022/11/21（3）分配边界条件242022/11/21选中空气块：【HFSS】【Boundaries】【Assign】【Radiation】

Name项自己命名或者直接采用默认。252022/11/21252022/11/21（4）设置端口激励HFSS中最常用：波端口激励WavePort、集总端口激励LumpedPort。同轴线端使用集总端口激励即可，设置端口阻抗为50Ω。

建好的同轴线模型262022/11/21（4）设置端口激励262022/11/21【Draw】【Circle】新建一个非实体圆形面作为集总端口平面272022/11/21272022/11/21

选中该圆形面【HFSS】【Excitations】【Assign】【LumpedPort】将该圆形面上指定为集总端口平面282022/11/21282022/11/21根据实际场分布绘制集总端口终端线：由同轴线内芯外表面指向屏蔽层内表面292022/11/21根据实际场分布绘制集总端口终端线：由同轴线内芯外表面指4.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分（1）频率和收敛标准设置：【HFSS】【AnalysisSetup】【AddSolutionSetup】输入频率：13.56MHz302022/11/214.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分302022自适应网格剖分过程中，每次网格细化的迭代过程叫做一个Pass，HFSS会基于当前网格计算出的S参数（或能量E、频率F），和上一次计算结果比较，如果求出的误差ΔS小于设置的收敛标准，表示解已经收敛，自适应网格剖分计算完成。波端口激励和集总端口激励问题使用ΔS作为收敛误差的判断标准。

网格细分前后的ΔS小于MaximumDeltaS设定值时，停止继续细化，否则网格细化会一直进行下去，直到设定的最大迭代次数为止。312022/11/21自适应网格剖分过程中，每次网格细化的迭代过程叫做一个Pa（2）扫频分析：分析某个频段内S参数和场解

【HFSS】【AnalysisSetup】【AddSolutionSetup】

322022/11/21（2）扫频分析：分析某个频段内S参数和场解322022/11三种扫频类型：快速扫频、离散扫频、插值扫频经验准则：fmax/fmin<4：快速扫频fmax/fmin<4：插值扫频离散扫频使用较少332022/11/21332022/11/215.设计检查和运行仿真计算（1）设计检查【HFSS】【ValidationCheck】342022/11/215.设计检查和运行仿真计算342022/11/21（1）运行仿真计算【HFSS】【AnalyzeAll】右下角进度窗口：Running左下角信息管理窗口：completion352022/11/21（1）运行仿真计算352022/11/216.数据后处理：场分布绘制（1）建立观察非实体平面【Draw】【Plane】362022/11/216.数据后处理：场分布绘制362022/11/21（2）选中该非实体平面，右键“FieldOverlays”，选择磁场强度H的瞬时值Mag_H372022/11/21（2）选中该非实体平面，右键“FieldOverlays”单击Done382022/11/21382022/11/21计算完成，双击彩虹显示框可以设置显示方式392022/11/21392022/11/21402022/11/21402022/11/21412022/11/21412022/11/21动态演示：右键想查看的结果，选择“Animate”，添加新动态演示或者删除之前的设定。422022/11/21动态演示：右键想查看的结果，选择“Animate”，添加432022/11/21432022/11/21

编辑激励源的幅度和相位：

右键“FieldOverlays”，选择“EditSources”选择两个天线之间的相位差和功率442022/11/21442022/11/21偏实用：《HFSS电磁仿真设计应用详解》，李明洋著，人民邮电出版社，注重软件使用

偏理论：《HFSS原理与工程应用》，谢拥军著，科学出版社，注重HFSS原理等，理论性较强更多实例见参考书4.参考文件

452022/11/21偏实用：4.参考文件

452022/11/21谢谢大家！欢迎探讨！462022/11/21谢谢大家！462022/11/21HFSS软件使用基础介绍472HFSS软件使用基础介绍121.HFSS简介2.HFSS使用3.举例说明4.参考文件目录482022/11/211.HFSS简介目录22022/11/21HFSS（HighFrequencySimulatorStructure）是美国Ansoft公司开发的全波三维电磁仿真软件，采用有限元算法。Windows图形用户界面，简洁直观；自动化的设计流程，易学易用；稳定成熟的自适应网格剖分技术，结果准确；1.HFSS简介492022/11/21HFSS（HighFrequencySimulator航空、航天、电子、半导体等领域：1.射频和微波无源器件设计2.天线、天线阵列设计3.高速数字信号完整性分析4.EMC/EMI分析5.电真空器件设计6.目标特性研究和雷达反射截面仿真7.计算SAR8.光电器件仿真设计HFSS的应用领域502022/11/21航空、航天、电子、半导体等领域：HFSS的应用领域420222.1工作环境介绍

2.2建立HFSS工程的一般过程

2.HFSS使用介绍512022/11/212.1工作环境介绍2.HFSS使用介绍52022/11/2.1工作环境介绍

522022/11/212.1工作环境介绍

62022/11/211.File菜单：管理HFSS工程文件以及进行打印操作532022/11/211.File菜单：管理HFSS工程文件以及进行打印操作7202.Edit菜单：修正3D模型及进行撤销和恢复等操作542022/11/212.Edit菜单：修正3D模型及进行撤销和恢复等操作82023.View菜单：显示/隐藏子窗口、更改模型显示方式552022/11/213.View菜单：显示/隐藏子窗口、更改模型显示方式92024.Project菜单：添加设计文件，管理工程变量562022/11/214.Project菜单：添加设计文件，管理工程变量102025.Draw菜单：添加设计文件，管理工程变量572022/11/215.Draw菜单：添加设计文件，管理工程变量112022/16.Modeler菜单：导入导出模型，模型布尔操作582022/11/216.Modeler菜单：导入导出模型，模型布尔操作122027.HFSS菜单：管理分析设置操作592022/11/217.HFSS菜单：管理分析设置操作132022/11/218.Tools菜单：修改当前物体材料的库文件，运行脚本文件602022/11/218.Tools菜单：修改当前物体材料的库文件，运行脚本文件一般步骤：1.启动软件，新建设计工程；2.选择求解类型；3.创建参数化设计模型：构造几何模型指定模型材料属性分配边界条件设置端口激励；4.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分；5.设计检查和运行仿真计算；6.数据后处理：S参数、场分布、电流分布、谐振频率、品质因数、天线辐射方向图等。2.2HFSS使用介绍

612022/11/21一般步骤：2.2HFSS使用介绍

152022/11/213.举例说明---通道机磁场分布

622022/11/213.举例说明---通道机磁场分布

162022/11/211.启动软件，新建设计工程；注：“另存为”路径名不要带汉字632022/11/211.启动软件，新建设计工程；172022/11/212.选择求解类型；【HFSS】【SolutionType】DrivenModalDrivenModal模式驱动求解类型：计算无源、高频结构的S参数时可选此项，如微带、波导、传输线结构；DrivenTerminal终端驱动求解类型：计算多导体传输线端口的S参数，由终端电压和电流描述S矩阵；Eigemode本征模求解类型：主要用于谐振问题的设计，计算谐振结构的频率和场分布、谐振腔体的无载Q值。642022/11/212.选择求解类型；182022/11/213.创建参数化设计模型：构造几何模型指定模型材料属性分配边界条件设置端口激励

；

（1）构造几何模型构造模型基本操作：坐标+尺寸+布尔+变换

布尔运算【Modeler】【Boolean】

合并Unite：多个物体生成一个物体；

相减Subtract：一个物体减去另一个物体；相交Intersect：截取多个物体重叠部分；分裂split：沿某坐标平面将物体分裂；652022/11/213.创建参数化设计模型：构造几何模型指定模型材料属性分配几何变换【Edit】【Arrange】/【Duplicate】

平移Move：沿指定矢量线移动至新位置；

旋转Rotate：沿指定坐标轴转动；镜像移动Mirror：移动物体至指定平面的镜像位置；

沿线复制Alongline：沿指定矢量线复制模型；绕轴复制AlongAxis：沿指定坐标轴复制模型；

镜像复制：沿指定镜面复制模型；662022/11/21202022/11/21设置长度单位【Modeler】【Units】设置mm为默认长度单位，模型具体单位可改672022/11/21212022/11/21变量的使用【Project】【ProjectVariables…】682022/11/21变量的使用222022/11/21(2)指定模型材料属性HFSS软件自带材料库，用户也可以修改其中的材料属性或者向材料库添加新材料。

选中模型：【Modeler】【AssignMaterial】692022/11/21(2)指定模型材料属性232022/11/21（3）分配边界条件

天线处在空气中，新建一个空气块包围住天线，作为求解电磁场的空间，在空气块表面设置“辐射边界条件”，模拟开放的自由空间，常用于天线分析。

注：为保证计算准确度，辐射边界距离辐射体不小于1/4工作波长。702022/11/21（3）分配边界条件242022/11/21选中空气块：【HFSS】【Boundaries】【Assign】【Radiation】

Name项自己命名或者直接采用默认。712022/11/21252022/11/21（4）设置端口激励HFSS中最常用：波端口激励WavePort、集总端口激励LumpedPort。同轴线端使用集总端口激励即可，设置端口阻抗为50Ω。

建好的同轴线模型722022/11/21（4）设置端口激励262022/11/21【Draw】【Circle】新建一个非实体圆形面作为集总端口平面732022/11/21272022/11/21

选中该圆形面【HFSS】【Excitations】【Assign】【LumpedPort】将该圆形面上指定为集总端口平面742022/11/21282022/11/21根据实际场分布绘制集总端口终端线：由同轴线内芯外表面指向屏蔽层内表面752022/11/21根据实际场分布绘制集总端口终端线：由同轴线内芯外表面指4.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分（1）频率和收敛标准设置：【HFSS】【AnalysisSetup】【AddSolutionSetup】输入频率：13.56MHz762022/11/214.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分302022自适应网格剖分过程中，每次网格细化的迭代过程叫做一个Pass，HFSS会基于当前网格计算出的S参数（或能量E、频率F），和上一次计算结果比较，如果求出的误差ΔS小于设置的收敛标准，表示解已经收敛，自适应网格剖分计算完成。波端口激励和集总端口激励问题使用ΔS作为收敛误差的判断标准。

网格细分前后的ΔS小于MaximumDeltaS设定值时，停止继续细化，否则网格细化会一直进行下去，直到设定的最大迭代次数为止。772022/11/21自适应网格剖分过程中，每次网格细化的迭代过程叫做一个Pa（2）扫频分析：分析某个频段内S参数和场解

【HFSS】【AnalysisSetup】【AddSolutionSetup】

782022/11/21（2）扫频分析：分析某个频段内S参数和场解322022/11三种扫频类型：快速扫频、离散扫频、插值扫频经验准则：fmax/fmin<4：快速扫频fmax/fmin<4：插值扫频离散扫频使用较少79