HFSS电磁仿真设计从入门到精通

目　录

上篇　基础篇

第 1章　HFSS概述　2
1．1　HFSS简介　2
1．2　启动HFSS　4
1．3　HFSS工程的通用设置　5
1．3．1　设置工程文件的默认路径　5
1．3．2　新建设计文件设置　5
1．4　HFSS设计流程　6

第 2章　入门实例——T形波导的内场分析和优化设计　7
2．1　设计概述　7
2．2　T形波导内场分析　8
2．2．1　新建工程设置　8
2．2．2　创建T形波导模型　8
2．2．3　分析求解设置　16
2．2．4　运行仿真分析　18
2．2．5　查看分析计算结果　19
2．2．6　保存设计并退出HFSS　21
2．3　T形波导的优化分析　21
2．3．1　新建一个优化设计工程　21
2．3．2　参数扫描分析设置和仿真分析　21
2．3．3　查看参数扫描分析结果　24
2．3．4　优化设计　25
2．3．5　查看优化结果　27
2．3．6　保存并退出HFSS　28

第3章　HFSS工作界面　29
3．1　HFSS工作界面　29
3．1．1　主菜单栏　30
3．1．2　工具栏　38
3．1．3　工程管理窗口　39
3．1．4　属性窗口　39
3．1．5　三维模型窗口　39
3．1．6　信息管理窗口　40
3．1．7　进程窗口　40
3．1．8　状态栏　41
3．2　栅格显示和栅格平面　41
3．3　显示坐标系　41
3．4　本章小结　42

第4章　HFSS中的建模操作　43
4．1　创建长方体模型　43
4．1．1　创建长方体模型的操作步骤　44
4．1．2　物体属性对话框的详细解释　46
4．2　HFSS中的基本模型及其创建　47
4．2．1　鼠标光标的移动模式　47
4．2．2　捕捉模式(Snap Mode)　47
4．2．3　物体的基本模型　48
4．3　物体的材料属性　51
4．3．1　编辑物体材料库　52
4．3．2　设置物体模型的材料　53
4．4　改变视图　54
4．4．1　改变视图的操作命令　54
4．4．2　显示和隐藏物体模型　56
4．5　选择模式与操作　56
4．5．1　选择模式　56
4．5．2　选择操作　57
4．5．3　多重选择　58
4．6　物体模型的几何变换　58
4．7　物体模型的布尔运算操作　61
4．8　HFSS中的坐标系　64
4．8．1　相对坐标系　65
4．8．2　面坐标系　66
4．9　建模相关选项的设置　67
4．10　本章小结　68

第5章　边界条件和激励　69
5．1　概述　69
5．2　边界条件的类型和设置　70
5．2．1　理想导体边界条件　70
5．2．2　理想磁边界条件　71
5．2．3　有限导体边界条件　72
5．2．4　辐射边界条件　73
5．2．5　对称边界条件　75
5．2．6　阻抗边界条件　77
5．2．7　集总RLC边界条件　78
5．2．8　分层阻抗边界条件　79
5．2．9　无限地平面边界条件　80
5．2．10　主从边界条件　80
5．2．11　理想匹配层　83
5．3　激励的类型和设置　83
5．3．1　波端口激励　83
5．3．2　波端口激励的设置步骤　86
5．3．3　集总端口激励　90
5．3．4　Floquet端口激励　93
5．3．5　入射波激励　94
5．3．6　电压源激励　94
5．3．7　电流源激励　95
5．3．8　磁偏置激励　95
5．4　本章小结　95

第6章　HFSS求解器和求解分析设置　96
6．1　求解器和求解类型　96
6．1．1　HFSS求解器　97
6．1．2　HFSS-IE求解器　98
6．2　自适应网格剖分　99
6．2．1　收敛标准　99
6．2．2　收敛精度　100
6．2．3　自适应网格剖分频率的选择　100
6．3　求解设置　101
6．3．1　添加和定义求解设置　101
6．3．2　修改和删除已添加的求解设置　105
6．4　扫频分析　105
6．4．1　扫频类型　106
6．4．2　添加和定义扫频设置　107
6．4．3　修改和删除已添加的扫频项　110
6．5　设计检查和运行仿真分析　110
6．5．1　设计检查　110
6．5．2　运行仿真分析　111
6．6　本章小结　111

第7章　HFSS中的变量和Optimetrics　112
7．1　变量　112
7．1．1　变量类型　112
7．1．2　变量定义　113
7．1．3　添加、删除和使用变量　114
7．2　Optimetrics模块　117
7．3　参数扫描分析　117
7．4　优化设计　119
7．4．1　初始设计　119
7．4．2　定义优化变量　119
7．4．3　构造目标函数　120
7．4．4　优化算法　121
7．5　调谐分析　124
7．6　灵敏度分析　124
7．7　统计分析　124
7．8　Optimetrics应用实例　125
7．8．1　定义变量　126
7．8．2　参数扫描分析举例　128
7．8．3　优化设计举例　131
7．8．4　调谐分析举例　135
7．8．5　灵敏度分析举例　136
7．8．6　统计分析举例　139
7．9　本章小结　142

第8章　HFSS的数据后处理　143
8．1　求解信息数据　143
8．2　数值结果　145
8．2．1　数值结果的显示方式　145
8．2．2　数值结果的类型　146
8．2．3　输出变量　147
8．2．4　查看数值结果的操作步骤　148
8．2．5　编辑图形显示结果报告　150
8．3　场分布图　151
8．3．1　绘制场分布图的操作步骤　153
8．3．2　场分布的动态显示　154
8．4　天线辐射问题的后处理　155
8．4．1　定义远区场辐射表面　156
8．4．2　天线方向图　157
8．4．3　天线参数　159
8．4．4　HFSS中天线阵的处理　162
8．5　本章小结　166

下篇　实践篇

第9章　HFSS环形定向耦合器设计实例　168
9．1　环形定向耦合器简介　168
9．2　使用HFSS设计环形定向耦合器概述　169
9．2．1　耦合器的理论计算　169
9．2．2　HFSS设计简介　170
9．2．3　HFSS设计环境概述　170
9．3　新建HFSS工程　170
9．4　创建环形定向耦合器模型　171
9．4．1　设置默认的长度单位　171
9．4．2　建模相关选项设置　171
9．4．3　定义变量length　172
9．4．4　添加新材料　173
9．4．5　创建带状线介质层模型　174
9．4．6　创建带状线金属层模型　176
9．5　分配边界条件和激励　180
9．6　求解设置　183
9．6．1　求解设置　183
9．6．2　扫频设置　183
9．7　设计检查和运行仿真分析　184
9．7．1　设计检查　184
9．7．2　运行仿真分析　184
9．8　查看仿真分析结果　185
9．8．1　查看S参数扫频结果　185
9．8．2　查看4GHz频点的S矩阵　186
9．9　结果讨论　187
9．9．1　重新仿真验证S矩阵结果　187
9．9．2　使用端口平移功能验证S矩阵结果　188
9．10　本章小结　190

第 10章　HFSS微带天线设计实例　191
10．1　微带天线简介　191
10．1．1　微带天线结构　192
10．1．2　微带天线的辐射机理　192
10．1．3　微带天线的馈电　192
10．1．4　矩形微带天线的特性参数　193
10．2　设计指标和天线几何结构参数计算　195
10．3　HFSS设计和建模概述　195
10．3．1　微带天线建模概述　196
10．3．2　HFSS设计环境概述　197
10．4　新建HFSS工程　197
10．5　创建微带天线模型　198
10．5．1　设置默认的长度单位　198
10．5．2　建模相关选项设置　198
10．5．3　添加和定义设计变量　198
10．5．4　创建介质基片　199
10．5．5　创建辐射贴片　201
10．5．6　创建参考地　202
10．5．7　创建同轴馈线的内芯　203
10．5．8　创建信号传输端口面　203
10．6　设置边界条件和激励　205
10．6．1　设置边界条件　205
10．6．2　设置端口激励　207
10．7　求解设置　208
10．7．1　求解频率和网格剖分设置　208
10．7．2　扫频设置　208
10．8　设计检查和运行仿真分析　209
10．8．1　设计检查　209
10．8．2　运行仿真分析　209
10．9　查看天线回波损耗　210
10．10　参数扫描分析　211
10．10．1　分析谐振频率随辐射贴片长度L0的变化关系　211
10．10．2　分析谐振频率随辐射贴片宽度W0的变化关系　212
10．10．3　输入阻抗和同轴线馈电点位置的变化关系　214
10．11　优化设计　216
10．11．1　设置优化变量　217
10．11．2　添加优化设计　217
10．11．3　运行优化设计查看优化结果　219
10．12　查看优化后的天线性能　219
10．12．1　重新运行仿真分析　220
10．12．2　查看天线性能　220
10．13　本章小结　225

第 11章　HFSS阵列天线分析　226
11．1　HFSS设计概述　226
11．1．1　阵元模型　227
11．1．2　HFSS设计环境概述　228
11．2　新建工程　228
11．3　创建阵元模型　228
11．3．1　设置默认的长度单位　228
11．3．2　建模相关选项设置　229
11．3．3　创建波导阵元　229
11．3．4　创建阵元外的自由空间模型　231
11．4　分配边界条件和激励　232
11．4．1　设置CellBox左右两侧表面为一对主从边界条件　232
11．4．2　设置CellBox前后表面为一对主从边界条件　235
11．4．3　为阵元波导底面分配波端口激励　236
11．4．4　为CellBox上表面分配Floquet端口激励　236
11．5　求解设置　239
11．6　设计检查和运行仿真分析　239
11．6．1　设计检查　239
11．6．2　运行仿真分析　240
11．7　查看仿真分析结果　240
11．7．1　定义辐射表面　241
11．7．2　查看天线阵元场强方向图　242
11．7．3　查看天线阵列的场强方向图　244
11．8　本章小结　246

第 12章　HFSS差分信号分析实例　247
12．1　HFSS设计概述　247
12．1．1　HFSS求解类型和建模简述　248
12．1．2　求解频率和扫频设置　249
12．1．3　HFSS设计环境概述　249
12．2　新建工程　249
12．3　创建带状线差分对模型　250
12．3．1　设置默认的长度单位　250
12．3．2　建模相关选项设置　250
12．3．3　创建差分信号线模型　250
12．3．4　创建FR4介质层　253
12．3．5　添加和使用变量　255
12．4　分配端口激励　256
12．4．1　创建波端口激励表面　256
12．4．2　分配波端口激励和差分信号对　258
12．4．3　设置差分信号线　258
12．4．4　端口平移　259
12．5　求解设置　260
12．5．1　求解频率设置　260
12．5．2　扫频设置　260
12．6　设计检查和运行仿真分析　261
12．6．1　设计检查　261
12．6．2　运行仿真分析　262
12．7　数据后处理　262
12．7．1　差模信号的S参数扫频分析结果　262
12．7．2　共模信号的S参数扫频分析结果　263
12．7．3　端口的差模阻抗和共模阻抗　264
12．7．4　端口处差模信号和共模信号的电场分布　264
12．8　本章小结　266

第 13章　HFSS谐振腔体分析实例　267
13．1　圆柱形腔体谐振器简介　267
13．2　HFSS设计概述　269
13．2．1　HFSS建模和求解简介　269
13．2．2　HFSS设计环境概述　270
13．3　新建工程　270
13．4　创建圆形谐振腔模型　271
13．4．1　设置默认的长度单位　271
13．4．2　建模相关选项设置　271
13．4．3　创建圆形谐振腔体模型　271
13．5　边界条件和激励　273
13．6　求解设置　274
13．7　设计检查和运行仿真分析　274
13．7．1　设计检查　274
13．7．2　运行仿真分析　275
13．8　结果分析　275
13．8．1　谐振频率和品质因数Q　275
13．8．2　腔体内部电磁场的分布　276
13．9　参数扫描分析　279
13．9．1　定义设计变量　279
13．9．2　创建介质圆柱体　280
13．9．3　添加参数扫描分析设置　282
13．9．4　运行参数扫描分析　283
13．9．5　参数扫描分析结果　283
13．10　本章小结　284

第 14章　HFSS计算SAR工程实例　285
14．1　设计背景　285
14．2　HFSS设计概述　286
14．2．1　建模概述　286
14．2．2　HFSS设计环境概述　287
14．3　新建工程　287
14．3．1　运行HFSS并新建工程　287
14．3．2　设置求解类型　287
14．3．3　设置默认长度单位　288
14．3．4　建模相关选项设置　288
14．4　创建偶极子天线模型　288
14．4．1　创建相对坐标系　288
14．4．2　创建偶极子天线模型　289
14．4．3　给偶极子天线分配集总端口激励　292
14．5　创建外壳和脑组织液模型　294
14．5．1　创建第 一个球体　294
14．5．2　创建第 二个球体　297
14．5．3　生成外壳和脑组织液模型　299
14．6　创建SAR的计算线　300
14．7　分配辐射边界条件　301
14．8　求解设置　302
14．9　设计检查和运行仿真分析　303
14．9．1　设计检查　303
14．9．2　运行仿真分析　303
14．10　查看分析结果　304
14．10．1　SAR计算结果　304
14．10．2　BrainFluid模型内部的电场分布　305
14．11　本章小结　306

第 15章　HFSS雷达散射截面分析实例　307
15．1　雷达散射截面介绍　307
15．2　HFSS设计及其设计环境概述　309
15．3　新建HFSS工程　309
15．4　设计建模　311
15．4．1　创建长方体模型　311
15．4．2　设置PML边界条件　312
15．5　求解设置　314
15．6　双站RCS分析　314
15．6．1　定义入射波激励　314
15．6．2　设计检查并运行仿真分析　315
15．6．3　查看双站RCS分析结果　316
15．7　单站RCS分析　318
15．7．1　定义入射波激励　318
15．7．2　运行仿真分析　319
15．7．3　查看单站RCS分析结果　319
15．8　本章小结　320

第 16章　HFSS时域求解器应用实例　321
16．1　HFSS时域求解器和TDR分析　321
16．1．1　HFSS时域求解器简介　321
16．1．2　TDR分析介绍　321
16．2　HFSS设计概述　322
16．3　新建HFSS工程　323
16．4　设计建模　325
16．4．1　创建同轴线结构模型　325
16．4．2　设置端口激励　331
16．5　求解设置　333
16．6　设计检查和运行仿真分析　334
16．7　查看TDR分析结果　335
16．8　本章小结　337

第 17章　HFSS-IE求解器应用实例　338
17．1　HFSS-IE求解器介绍　338
17．2　HFSS设计及其设计环境概述　339
17．3　新建HFSS工程　340
17．4　设计建模　341
17．4．1　创建曲线　341
17．4．2　创建纺锤形金属体　342
17．5　设置平面波激励　343
17．6　求解设置　344
17．7　设计检查和运行仿真分析　344
17．7．1　设计检查　344
17．7．2　运行仿真分析　345
17．8　查看分析结果　345
17．9　本章小结　347