HFSSV13天线仿真基本操作指南.docx

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HFSSV13天线仿真基本操作指南

HFSSv13.0高频仿真软件操作指南

第一章创建工程Project

一、前期准备

第二章创建模型3DModeler

一、绘制常见规则形状

二、常用操作

三、几种常见天线

第三章参数及条件设置（材料参数、边界条件和激励源等）Setting

一、设置材料参数

二、设置辐射边界条件

三、设置端口激励源

四、特定边界设置

第四章设置求解项并分析Analyze

一、设置分析AddSolutionSetup

二、确认设置并分析ValidationCheckAnalyzeAll

第五章查看结果Results

一、3D极化图（3DPolarPlot）

二、3D直角图（3DRectangularPlot）

三、辐射方向图（RadiationPattern）

四、驻波比（VSWR）

五、矩阵数据（MatrixDate）

第一章创建工程

一、前期准备

1、运行HFSS后，左侧工程管理栏会自动创建一个新工程：

Projectn。

由主菜单选File>Saveas,保存到一个方便安全的文件夹，并命名。

（命名可包括下划线、字母和数字，也可以在ValidationCheck之前、设置分析和辐射场之后保存并命名）

2、插入HFSS设计

由主菜单选Project>InsertHFSSDesign或点击图标，（大口径的由主菜单选Project>InsertHFSS-IEDesign）则一个新的项目自动加入到工程列表中，同时会出现3D画图窗口，上侧出现很多画图快捷图标。

3、选择求解类型

由主菜单选HFSS>SolutionType（求解类型），选择DrivenModel或DrivenTerminal（常用）。

注：

若模型中有类似于耦合传输线求耦合问题的模型一定要用DrivenTerminal，DrivenModel适于其他模型，不过一般TEM模式（同轴、微带）传输的单终端模型一般用DrivenTerminal分析。

4、设置单位

由主菜单选Modeler>Units，在SetModelUnits对话窗中选择合适的单位。

第二章创建模型

一、绘制常见规则形状

由主菜单选Draw>Rectangle（orEllipse，Circle，Boxandsoon），表示绘制长方体（或长方形、椭圆和圆等等），或者在上侧快捷图标选择，按Tab键切换到参数设置区（工作区的右下角）。

坐标输入窗口位于界面右下角，如图。

注：

a.数据输入未完成时，不要在3D绘图区点击鼠标

b.若想取消所选画图操作，按下esc键即可

c.输基坐标时，z值是有效的，相当于原点坐标的高度坐标值

Rectangle（长方形）：

首先输入基坐标（x，y，z），数据输入时用Tab键左右切换，全部设好后按下Enter键确认；再输入长方形的两边长度（dx，dy，dz），dz均设为0，数据输入方式同上，全部设完按下Enter键确认，完成。

（注：

基坐标位于图形的-x和-y方向的交点）

Ellipse（椭圆）：

首先输入基坐标（x，y，z）（椭圆心），再输入椭圆的尺寸（dx，dy，0），dx和dy表示x和y轴上的半轴长，完成。

Circle（圆）：

首先输入基坐标（x，y，z）（圆心），再输入圆的尺寸（dx，0，0），dx表示半径长，dx和dy只用设置其中之一即可，另一个设为0，完成。

RegularPolygon（多边形）：

首先输入基坐标（x，y，z）（形心），再输入半径（dx，0，0），然后左上角出现Segmentnumber对话窗设置多边数，完成。

Box（长方体）：

首先输入基坐标（x，y，z）（底面的-x和-y方向的交点），再输入长方体的三边长度（dx，dy，dz），完成。

Cylinder（圆柱）：

首先输入基坐标（x，y，z）（底面圆心），再输入圆柱底面半径（dx，0，0），接着输入圆柱高（0，0，dz），完成。

（可以在第一次输（dx，dy，dz）时同时输入半径dx和高度dz，减少操作步骤）

RegularPolyhedron（多面体）：

首先输入基坐标（x，y，z）（底面形心），再输入底面半径和高（dx，0，dz），最后在Segmentnumber对话窗设置多面体侧面数。

Cone（圆锥）：

首先输入基坐标（x，y，z）（底面形心），再输入下底面半径（dx1，0，0），接着输入“上底面半径”（dx2，0，0），（实际半径=dx1+dx2）最后输圆锥高度（0，0，dz），完成。

Sphere（球）：

先输入基坐标（x，y，z）（球心），再输入球半径（dx，0，0），完成。

Toru（立体圆环）：

先输入基坐标（x，y，z）（环心），再输入圆环内半径（dx，0，0），接着输入圆环外半径（dx，0，0），完成。

二、常用操作

1、选定操作切换

在绘图区域右击，上部分出现SelectObjects、SelectFaces、SelectEdges、SelectVertices、SelectMulti，依次为选定物体、面、边缘线、顶点等，如果有些部分不好选，可选择Edit>Select>ByName（对于Objects和Faces），或者选择Edit>Select>ByVariable（对于Edges、Vertices和Multi）进行选择。

2、坐标偏移

在菜单中选择Modeler>CoordinateSystem>Create>RelativeCS>Offset，

则输入相应的偏移坐标：

（X，Y，Z）即可。

3、Boolean运算

a）Unite合并若干部分

选定需要分离的物体——选择Modeler>Boolean>Unite，所选部分即拼合在一起，左边绘图树里的两个部分合并在一个标题里。

b）Subtract相减运算

选定需要分离的物体——选择Modeler>Boolean>Subtract——弹出Subtract窗口——左边为被减部分，右边为减掉部分，下侧为相减之前克隆减掉部分，据具体情况选择。

c）Split分离某个部分

选定需要分离的物体——选择Modeler>Boolean>Split——弹出Split窗口——SplitPlane选XY，KeepFragment选NegativeSide（此操作表示在XY平面处切去，保留部分为Z轴的负半轴部分。

其他同理。

）

Splitobjects选项表示分离所选物体还是分离穿过分离面的所有物体。

一般都是选择前者。

注：

分离前一般配合坐标偏移操作将坐标调至合适位置，再进行分离操作。

（主要是以上三个，其他操作略，同理）

4、复制粘贴操作

选定所要复制的部分——右击选择Edit>Copy——在绘图区右击选择Edit>Paste，则在绘图树中增加一个模型标签Horn1（假设复制的是Horn）——双击Horn1，弹出Properties窗口，在Command标签下有模型的参数，通过修改参数，即可绘制出与原模型相同形状但不同尺寸的模型。

利用此操作可以简化某些相同形状模型的绘制过程。

5、材料设置

在上侧快捷图标栏如上部分，点击vacuum出现下拉菜单——选择Select，弹出SelectDefinition窗口——选择所需的材料。

此设置完毕后所绘制的固体均为所设置的材料，直到再次改变此设置。

6、基于方程的曲线

在主菜单选择Draw>EquationBasedCurve，则出现EquationBasedCurve窗口，如图。

X（_t）=0时，表示所画曲线位于YZ轴，输入自变量t时注意要用_t表示，Point表示在曲线上取的标记点数，这些点平均分布在曲线上。

7、Sweep扫描操作

（1）选定所要旋转的曲线——在主菜单选择Draw>Sweep>AroundAxis，旋转扫描，弹出SweepAroundAxis窗口，按如图设置——则曲线被旋转为绕Z轴的对称曲面。

注：

此操作可以绘制抛物面，将曲线绘制为抛物线，即X（_t）=0，Y（_t）=_t，Z（_t）=a*_t^2+b，Start_t、End_t及Points据具体情况未定，然后对此抛物线做SweepAroundAxis操作，即可得到抛物面。

若要绘制固体的，对两条抛物线做此操作即可。

（2）选定所要旋转的曲线——在主菜单选择Draw>Sweep>AlongVector——输入（X，Y，Z）及（dX，dY，dZ）得平移向量——弹出SweepAlongVector对话框，取默认值，点OK——则曲线沿向量方向平移向量模的距离。

三、几种常见天线

1、圆极化微带天线：

贴片、介质板、底板、馈电点、端口、空气腔。

2、角锥喇叭天线：

绘制时，选中前后口面（一般为命名为Horn和Aperture的两面），选择Modeler>Surface>Connect，则生成如下图所示的喇叭。

注：

创建空气腔波端口的平面要与腔壁重合，切勿让波端口包含于空气腔内。

3抛物面天线：

见“常用操作”中的“Sweep扫描操作”。

第三章参数及条件设置

一、设置材料参数

右图为绘制好某个天线整个模型后ModelerDesignTree窗口（绘图历史树），上面是Solids部分，下面是Sheets部分，此时，每单个模型均未定义材料特性。

如这样的图标是每个模型的名称，在创建时已经命名（以下把这样的图标称为图形名称图标）。

表示此部分的材料，默认为真空。

对于Solids：

选定图形名称图标（利用Ctrl键依次可选择多个），右键选AssignMaterial（也可以在菜单栏HFSS下拉菜单里选择，本文后面很多操作同样如此），在弹出窗口（如下图）的Material标签页中选择给定材料，点“确定”。

依次设定立体模型材料后，可得到下页右上图所示的ModelerDesignTree的Solids部分。

对于Sheets：

选定图形名称图标，右键选AssignBoundary>FiniteConductivity（orlayerimpedanceandsoon），（如下图）在弹出窗口给边界命名，取默认值，则在工程历史树中的Antenna>Boundaries节点下添加FiniteCond1项。

所选目标即设为有限导体（设置完的Sheets如右下图所示）。

二、设置辐射边界条件

一般边界为空气腔部分，所以一般选定air空气腔设置边界条件。

在绘图历史树选中air项，右键选择AssignBoundary>Radiation，如图，在弹出的窗口将辐射边界命名为air1，其他取默认值，点击“OK”，则在工程历史树Antenna>Boundaries下添加air项。

三、设置端口激励源

选定激励平面，点击右键选择AssignExcitation>LumpedPort（orWavePort），点击“下一步”，若辐射端口不为所选平面的全部，则在IntegrationLine项目中点击None出现下拉菜单，选择NewLine画出激励平面的积分线，或者用（x，y，z）和（dx，dy，dz）坐标输入得到积分线，点击“下一步”，取默认值，点击“完成”退出激励设置。

四、特定边界设置

以波导直立的四面为例：

在绘图区点右键，选SelectFaces，利用Ctrl键，依次选择4个直立面，点右键选AssignBoundary>PerfectE，（理想导体边界条件）在弹出的窗口点确定，则在工程树的WgAntenna>Boundary节点下添加PerfE1项（假设所建工程名为WgAntenna）。

注意：

a、如果在选定目标面时，目标面外围有腔体包围，为了选定目标面，需使用可见性功能，有主菜单View/ActiveViewVisibility，在弹出对话窗的3DModeler,去掉哪一项的勾，则这一项在3D图中不显示。

处理完，再同样操作，打勾即可；b、选定目标面时，可以通过旋转模型实现对不同位置的面的选择。

五、HFSSdesign与HFSS-IEdesign的关联

在模型上，不选任何物体，右键鼠标选AssignExcitation/IncidentWave/NearFieldWave…，弹出SetupLink窗口。

选择本工程，软件自动将HFSSdesign中的馈源模型添加到HFSS-IEdesign

中，点击“确定”，弹出IncidentWaveSource：

GeneralData窗口，任意填写一个名称，点击“下一步”，弹出IncidentWaveSource：

NearFieldWaveOptions窗口，此窗

口设定安装位置，分别为坐标设置和

旋转角度设置，设置完毕后点击“完成”。

第四章设置求解项并分析

一、设置分析

选定工程管理窗口中的Analysis，点击右键选择AddSolutionSetup，弹出SolutionSetup对话窗口（右图所示），在General窗口中取所需输入频率“xGHz”，所需收敛迭代最大步数“n”（MaximumNumberofPasses），在Options窗口中选取MinimumNumberofPasses、MinimumConvergedPasses、Maximumrefinementperpass、OrderofBasis的值，点击“确定”退出。

注：

各参数的选取原则

就精确性而言，对于双频段的仿真（如GSM/DCS,AMPS/PCS,802.112.G/802.115G等），低频段可取MaximumDeltaS＝0.02,高频段取MaximumDeltaS＝0.01，MinimumPasses6,Maximumpasses16（这一项可以根据你的计算机硬件配置以及你能等待的时间定），MinimumConvergedPasses2（这一项能保证收敛的可靠性）。

另外如果要求收敛快一些，可以提高MaximumRefinementPerPass，一般设成25％（默认20％）。

频率越高，波瓣增加，要求计算的精度也就相应提高。

选定工程管理窗口中的Analysis下的Setup1，点击右键选择AddFrequencySweep（添加扫频），选择SweepType为Fast（orDiscrete、Interpolating），输入计算频率范围及扫描数或步长（范围设置遵循以工作频率为中心的对称原则，扫描数一般100左右，为使频率点是有理数，设100左右时取101最为合适），点击“OK”退出。

如下图，如果工作频率为10GHz，则可选择范围为8-10GHz，扫描数为101，扫描方式Fast（当然，利用LinearStep也可以）。

二、确认设置并分析

由主菜单选HFSS/ValidationCheck,则弹出确认检查窗口，对设计确认没有错误后，点Close确认，然后点HFSS/AnalyzeAll进行求解。

若有一项或几项未打勾，而是如下图下侧所示的则说明这一项参数未设置或设置未成功，需要重新设置。

第五章查看结果

一、3D极化图（3DPolarPlot）（远场为例）

先设置辐射场（远场为例）：

选择工程管理窗口中的Radiation，点击右键选择InsertFarFieldSetup/InfiniteSphere，弹出对话框，命一个合适的名称，并设置所需的Phi和Theta的开始值Start、结束值Stop及步长Stepsize，点击“确定”退出。

选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择CreateFarFieldsReport/3DPolarPlot，按OK确定，在Solution框选择Setup1:

Sweep，点击Sweeps，选择Theta和Phi为All，选择Freq为给定的xGHz，Category选Gain，Quantity选GainTotal，Function选dB，点击NewReport，点击Close退出。

生成图形如图所示。

二、3D直角图（3DRectangularPlot）（远场为例）

选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择CreateFarFieldsReport/3DRectangularPlot，按OK确定，后面操作与3DPolarPlot的操作类似。

生成图形如下图所示。

三、辐射方向图（RadiationPattern）（远场为例）

先设置辐射场（远场为例）：

选择工程管理窗口中的Radiation，点击右键选择InsertFarFieldSetup/InfiniteSphere，弹出对话框，命一个合适的名称，并设置所需的Phi和Theta的开始值Start、结束值Stop及步长Stepsize（此时通过选定特殊的值，可将辐射表面设置为平面，如：

Phi是0~360deg，步长360deg；Theta是0~180，步长2，则定义的面为xoz面），按确定退出。

选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择CreateFarFieldsReport/RadiationPattern，按OK确定，后面操作与3DPolarPlot的操作类似。

生成图形如下图所示。

注：

同理，在CreateFarFieldsReport选项里，还有RectangularPlot、RectangularStackedPlot、DataTable、RectangularContourPlot，依次即为直角坐标图、直角坐标叠积图、数据表、直角坐标轮廓图。

在弹出的对话框里的操作类似于上述3DPolarPlot方向图。

四、驻波比（VSWR）

选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择CreateQuickReport，在弹出的对话框里选择VSWR，点击OK，接着会弹出两张图VSWR图，选定第一个VSWR，点击右键选择ModifyReport，将Function改为dB，点击ApplyTrace，点击Close退出。

生成dB（VSWR）对频率Ferq的图像，如下图所示。

注：

同理，在QuickReport对话框里，可以选择其他特性图，如Lambda、Passivity、PortZo、SParameter等等。

选择其他特性图后，操作与VSWR操作类似。

五、矩阵数据（MatrixDate）

在工程树中的WgAntenna/Ana-lysis/Setup1项上点右键，选择MatrixDate标签页显示结果，如下图所示，图中为S矩阵和Y矩阵结果，还可以勾选Z0、X等参数，点Close关闭。

（假设所建工程名为WgAntenna）