HFSS教案1.docx

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HFSS教案1

HFSS1

1、学习电磁仿真软件的要求：

精通一种，会使用2-3种，了解其他软件的特点。

精通：

HFSS

使用：

FEKO/CST

了解：

NEC/IE3D/Disigner/ADS

2、注意不同点与相同点。

软件的基本操作流程是相同的，细节上加以把握。

图1电磁仿真软件的基本流程

3、最有效的学习方法：

课堂重点讲解，课后大家通过对例子进行练习，掌握多个软件的一般流程，细节问题查找软件帮助、官方用户手册和EXAMPLEGUIDE解决。

4、题外话——CAD的重要性：

CAD已经成为科研学者、创新工作者和设计人员不可或缺的工具。

数据库（搜索引擎）+CAD

（1）最方便的搜索引擎:

Google学术搜索

图2谷歌学术搜索引擎

图3搜索结果条目

（2）最有影响力的数据库:

IEEE

http:

//ieeexplore.ieee.org/Xplore/guesthome.jsp

图4IEEEXploreDigitalLibarary

（3）其他数据库：

http:

//202.117.122.28/lists.aspx?

id=44

图5西电图书馆数据库

图6论文中使用的软件[1]

5、ANSYS公司介绍

ANSYS成立于1970年，员工超过2400人，拥有大量获得高级学位以及在有限元分析、计算流体力学和设计优化领域经过广泛培训的工程师。

ANSYS积极推进其世界级前沿技术的不断发展，竭诚帮助客户将设计理念转化为成功的创新型产品。

ANSYS致力于工程仿真软件的开发、销售和技术支持。

该软件产品可预测产品设计在实际环境下的行为模式和制造过程。

公司不断推进仿真解决方案的发展。

首先，通过开发或并购最先进的技术，将其集成到一体化可定制仿真平台中，使工程师能够高效地执行复杂的多物理场仿真工作；其次，提供系统服务，用以管理仿真进程和数据。

这样，工程师和产品开发人员就能集中精力进行产品设计、完善产品质量，而不必为软件使用和数据搜索花费过多时间。

ANSYS总部位于美国宾夕法尼亚州Canonsburg，在全球设立了60多个战略销售点。

此外，ANSYS还建立了涵盖40多个国家或地区的渠道合作伙伴网络。

公司与客户建立了密切的联系，并积极提供本地增值服务和支持。

图7ANSYS公司图片

6、如何获得HFSS软件：

ANSYS官方网站：

图8ANSYS中文官网

（1）以行业划分：

图9行业导航与官方资源

（2）以产品划分

图10产品导航

官网有许多适合初学者的资源和软件的宣传介绍，提供许多实例教程，使你很容易了解HFSS软件的使用方法和特点。

正式开始！

1．

启动软件并保存。

注意不要保存在包含中文名的目录里，否者会出现下述错误。

2．设置求解模式

在菜单栏中点击HFSS，选择SolutionType..会出现下面的对话框：

3．设置单位

在菜单栏里点击3DModeler选择Unites:

4．模型颜色

在tools-options-modeleroptions的display标签页中可以设置模型颜色，设置后改变新建模型的颜色。

5．软件界面

菜单栏（Menubar）由文件、编辑、视图、工程、绘图、3D模型、HFSS、工具和帮助等下拉式菜单组成。

工程管理（ProjectManage）窗口显示所以打开的HFSS工程的详细信息，包括边界、激励、剖分操作、分析、参数优化、结果、端口场显示、场覆盖图和辐射等。

3D模型窗口（3DModelerWindow）是创建几何模型的区域，包括模型视图区域和历史树。

状态栏（Statusbar）位于HFSS界面底部，显示当前执行命令的信息。

属性窗口（Propertieswindow）显示在工程树、历史树和3D模型窗口中所选条目的特性或属性。

进度窗口（Progresswindow）监视运行进度，以图像方式表示进度完成比例。

信息管理（MessageManage）窗口显示工程设置的错误信息和分析进度信息。

4.创建模型

一维形状有：

直线、折线和曲线。

也可以创建由曲线方程画出所需要的图形。

两种坐标输入的方法：

1）建立结构的同时输入坐标（按Tab键切换，Enter键确认）；2）鼠标选择定位建立结构后进行尺寸修改。

（双击绘图历史树中的图形）

二维形状有：

在这里也能画出由某个曲面方程所要求的面。

三维最基本的有：

5．图形的变换

当然，实际需要中所遇到的不止限于以上模型，我们也可以通过很多变换的手法来画出我们需要的3D图形。

单击菜单栏的Edit

Arrange

Move–Translatesthestructurealongavector

Rotate–Rotatestheshapearoundacoordinateaxisbyanangle

Mirror–Mirrorstheshapearoundaspecifiedplane

Offset–Performsauniformscaleinx,y,andz.

Duplicate

AlongLines–Createmultiplecopiesofanobjectalongavector

AroundAxis–Createmultiplecopiesofanobjectrotatedbyafixed

anglearoundthex,y,orzaxis

Mirror-Mirrorstheshapearoundaspecifiedplaneandcreatesa

duplicate

Scale–Allowsnon-uniformscalinginthex,y,orzdirection

6．图形的布尔操作

几种布尔操作：

Unite–combinemultipleprimitives

Subtract–removepartofaprimitivefromanother

Split–breakprimitivesintomultipleparts

操作前操作后

Intersect–keeponlythepartsofprimitivesthatoverlap

Sweep–turna2Dprimitiveintoasolidbysweeping:

AlongaVector,

AroundanAxis,AlongaPath

操作前操作后

Connect–connect2Dprimitives.UseCoverSurfacestoturnthe

connectedobjectintoasolid

操作前操作后

Section–generate2Dcross-sectionsofa3Dobject

7．视角的变换

用以下命令你在创建模型的过程中，可以随时改变视角

Rotate–Thestructurewillberotatedaroundthecoordinatesystem

Pan–Thestructurewillbetranslatedinthegraphicalarea

DynamicZoom–Movingthemouseupwardswillincreasethezoomfactorwhilemovingthemousedownwardswilldecreasethezoomfactor

ZoomIn/Out–Inthismodearubberbandrectanglewillbedefinedby

draggingthemouse.Afterreleasingthemousebuttonthezoomfactorwillbeapplied.

快捷键：

ALT+Drag=Rotate

Shift+Drag=Pan

ALT+Shift+Drag=DynamicZoom

试试看：

鼠标右键的快捷菜单键包含常用的操作！

以上讲的是这个软件的基本操作，下面我们以一个宽带的圆盘单极子天线实例综合运用这些功能。

一，创建工程

1，运行HFSS后，自动创建一个新工程：

Project1

由主菜单选File\Saveas,保存并命名danjizi.

2,插入HFSS设计

由主菜单选Project\InsertHFSSDesign,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。

3，选择求解类型

从HFSS菜单选择解类型（SolutionType）为DrivenModel

4，设置单位

从3DModeler菜单选择cm

二，创建模型

绘制辐射体

改变参考平面，这里的单极子贴片在YZ面上，因此我们将工作平面改为YZ面。

选择“Cylinder…”命令创建带厚度的圆形贴片。

Tab进行切换，分别输入输入圆心坐标（0，0，3.9），按下回车；继续输入半径dx（0）,dy（3.8），dz（0）；再输入尺寸dx（0.02），dy（0），dz（0）按下回车，生成圆盘模型。

双击实体列表中的Cylinder1，会出现如下的属性对话框，将name改为patch，点击Transparent项的数值条，在弹出窗口移动滑条使其值为0.8。

因为默认生成的都是真空（vacum）材料，点击Value中的“vacum”将其进行修改为pec（理想导体）。

设置完毕后，按下Ctrl+D键，将图形显示适中。

绘制底版

将工作平面切换到XY面，绘制一个矩形：

由主菜单选Draw/Rectangle；按下Tab键依次输入参数（-20，-20，0），（40，40，0）全部设好后按下回车，出现属性对话框，将Name项改为groudplane，设置完毕后，按下Ctrl+D键，将图形显示适中。

绘制馈电点

绘制圆柱体：

按同样的步骤输入圆心坐标（0.04，0，0），按下回车，继续输入半径dx（0.02）,dy（0）,dz（0）;按下回车，最后输入厚度dx（0）,dy（0）,dz（0.15）。

然后打开属性对话框，将name改为feed，点击Transparent项的数值条，在弹出窗口移动滑条使其值为0.8。

同时将材料设置为PEC。

设置完毕后，按下Ctrl+D键，将图形显示适中。

绘制端口

绘制圆形：

由主菜单选Draw/circle,按下Tab键切换到参数区，设置圆心坐标为（0.04，0，0），输入半径为（0.06，0，0），即半径为0.06，按下回车。

定义属性：

Name改为port，Transparent为0.8。

在接地板中截去端口的穿口：

在绘图历史树中选groudplane,按下Ctrl同时再选中port，有主菜单选3DModeler\Boolean\Substrate,做到以下

绘制空气腔

HFSS规定求解的空间必须是有限大的区域，设置空气腔和辐射边界是求解天线辐射问题中必须步骤。

合适的空气腔大小：

比模型的四围边界要大至少四分之一波长。

以1GHz作为工作频率，波长为30cm，取四分之一约为8cm。

由主菜单选Draw/Box,按下Tab键切换到参数区,基坐标为（-28，-28，-8），三边的长度（56，56，25）；Name为air,Transparent为0.8,并设置材料为air。

设置完毕后，按下Ctrl+D键，将图形显示适中。

三，设置边界条件

设置底板为有限导体

在绘图历史树中，选中groudplane项，右键选择AssignBoundary\finiteConductivity,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。

设置空气腔为辐射边界条件

在绘图历史树选中air项，右键选择AssignBoundary\Radiation，在弹出的窗口将辐射边界命名为rad1,则在工程历史树Antenna\Boundaries下添加rad1项。

空气腔阻挡了我们的实现，为选择结构带来障碍。

此时，我们可以点击上方工具栏的

按钮，并将

四，激励与求解设置

给端口设置激励源

选定激励平面，点击右键选择Assignexcitation/Lumpedport，点击下一步，在IntegrationLine项目选择NewLine由外向内画出积分线，然后点击完成退出激励设置。

正确设置后工程树中出如下端口场。

添加求解设置

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，输入起始频率1GHz，点击确定退出。

选定工程管理窗口中的Analysis下的Setup1，点击右键选择AddSweep（添加扫频），选择SweepType为Fast，输入计算频率范围为1-2GHz，按ok退出。

如果勾选GernerateFields，则每个频点都可以生成电流分布和方向图结果。

六，设置辐射场范围

选择工程管理窗口中的Radiation，点击右键选择FarFieldSetupInfiniteSpher，弹出来的对话框中，设置θ和φ的范围分别为0-180°和0-360°，间隔为10°。

七，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，点HFSS/Analyzeall开始求解。

仿真过程中，下方的进度条提示求解进程。

八，显示结果

当状态栏出现如下提示：

表示正常完成，没有错误。

则可以生成结果了！

画3D辐射方向图。

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

Sweep1，点击Sweeps，选择theta和phi为AllValues，选择Freq为1GHz，点击AddTrace，点击Done退出。

生成的3D辐射方向图如图：

画VSWR曲线。

选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择CreateReport，保留缺省值，按ok确定，在Category框选择VSWR，点击AddTrace，点击Done退出。

生成的VSWR曲线如图

参考文献：

1、OraiziH,HedayatiS.MiniaturizedUWBmonopoleMicrostripantennadesignbythecombinationofGiusepepeanoandsierpinskiCarpetfractals[J].AntennasandWirelessPropagationLetters,IEEE,2011,10:

67-70.