Ansoft HFSS 培训教程.docx

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AnsoftHFSS培训教程

四.设置边界条件和激励源26

五.设置求解条件31

第二章创建项目

本章中你的目标是：

√保存一个新项目。

√把一个新的HFSS设计加到已建的项目

√为项目选择一种求解方式

√设置设计使用的长度单位

时间：

完成这章的内容总共大约要5分钟。

一.打开HFSS并保存一个新项目

1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。

启动后的程序工作环境如图：

图2－1HFSS工作界面

1．打开File选项（alt+F）,单击Saveas。

2．找到合适的目录，键入项目名hfopt_ismantenna。

图2－2保存HFSS项目

二.加入一个新的HFSS设计

1．在Project菜单，点击insertHFSSDesign选项。

（或直接点击

图标。

）一个新的工程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSModeln。

图2－3加入新的HFSS设计

2．为设计重命名。

在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设计重命名为hfopt_ismantenna。

图2－4更改设计名

三.选择一种求解方式

1．在HFSS菜单上，点击SolutionType选项.

2．选择源激励方式，在SolutionType对话框中选中DrivenMode项。

图2－5选择求解类型图2－6选择源激励方式

四.设置设计使用的长度单位

1.在3DModeler菜单上，点击Units选项.

2.选择长度单位，在SetModelUnits对话框中选中mm项。

图2－5选择长度单位图2－6选择mm作为长度单位

第三章构造模型

本章中你的目标是：

√建立物理模型。

√设置变量。

√设置模型材料参数

√设置边界条件和激励源

√设置求解条件

时间：

完成这章的内容总共大约要35分钟。

一.建立物理模型

1．画长方体。

在Draw菜单中，点击Box选项（或直接点击

图标）；

图3－1通过菜单加入一个Box

2．输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐标为（x=-22.5mm,y=-22.5mm,z=0.0mm）;按下Enter键后输入三边长度：

x方向45mm,y方向45mm,z方向5mm。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

图3－2输入长方体的几何尺寸

3．设置长方体属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出长方体属性对话框。

对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。

因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个长方体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。

这里，我们把这个长方体命名为Substate，将其透明度设为0.8。

材料在下文统一设置。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

图3－3设置长方体的各项属性

图3－4绘出Substate板后的视窗

小技巧：

按下alt键后，旋转鼠标，视图随之旋转；

按下shift键后，移动鼠标，视图随之平移；

4．画长方形。

在Draw菜单中，点击Rectangle选项（或直接点击

图标）；

图3－5通过菜单加入一个Rectangle

5．输入长方形参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方形的基坐标为（x=-45mm,y=-45mm,z=0.0mm）;按下Enter键后输入三边长度：

x方向90mm,y方向90mm,z方向0mm。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

图3－6输入长方形的几何尺寸

6．设置长方形属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出长方形属性对话框。

对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。

因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个长方形模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。

这里，我们把这个长方形命名为groundplane，将其透明度设为0.8。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

图3－7设置长方形的各项属性

图3－8绘出groundplane后的视窗

7.重复上述画长方形的步骤绘出长方形patch。

参数如下：

名称：

patch

长方形坐标基点坐标:

X=-16mm,Y=-16mm,Z=5mm;

x方向（dx）=32mm,

y方向（dy）=32mm,

z方向（dz）=0mm。

透明度：

0.8

图3－9绘出patch后的视窗

8.画圆柱体

在Draw菜单中，点击Cylinder选项（或直接点击

图标）；

图3－10通过菜单加入一个Cylinder

9．入圆柱体参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标:

X=0mm,Y=8mm,Z=0mm;高:

5mm,半径:

0.5mm;圆柱轴向为z轴.

所以dx:

0.5mm,dy:

0mm,dz:

5mm

图3－11输入圆柱体的几何尺寸

10.设置圆柱体属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出圆柱体属性对话框。

对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。

因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个圆柱体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆柱体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。

这里，我们把这个圆柱体命名为feed，将其透明度设为0.8。

材料在下文统一设置。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

图3－12设置圆柱体的各项属性

图3－13绘出pad后的视窗

11.重复上述画长方体的步骤绘出长方

体air。

参数如下：

名称:

air_box

坐标基点:

X=-80.0mm,Y=-80.0mm,

Z=-35.0mm

三边长度:

X方向:

160.0mm,Y方向:

160.0mm,Z方向:

75.0mm

透明度：

0.8

同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

图3－14绘出air_box后的视窗

12．画圆形。

在Draw菜单中，点击Circle选项（或直接点击

图标）；

图3－15通过菜单加入一个Circle

13．输入圆形参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置圆形的圆形基坐标为（x=0mm,y=-8mm,z=0.0mm）;按下Enter键后输入三边长度：

x方向1.5mm,y方向0mm,z方向0mm。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

图3－16输入长方形的几何尺寸

14．输入圆形属性。

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出圆形属性对话框。

对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。

因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个圆形模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。

这里，我们把这个圆形命名为port，将其透明度设为0.8。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

图3－17设置圆形的各项属性

图3－18绘出port后的局部视窗

15．从groundplane中割去port。

在操作历史树中利用ctrl键先选中groundplane,再选中port；在3DModeler菜单上，点击Boolean选项,再选择Subtract项。

（或直接点击

图标）

注意：

出现在Subtract左侧的物体是操作后保留的物体。

选中Clonetoolobjectsbeforesubtract；我们只想在groudplane中裁去和port一样大小的洞，仍需要保留port。

图3－20通过菜单进行subtract操作图3－21subtract对话框

小技巧：

点击

图标可以选择显示、隐藏物体。

图3－22挖去与port相同大小的groundplane（隐去port）

16．画多边形。

在Draw菜单中，点击spline选项（或直接点击

图标）；

图3－23通过菜单加入一个多边形

17．输入多边形参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入第一个点的坐标为（x=0mm,y=0mm,z=0mm）;按下Enter键后输入第二个点的坐标为（x=6mm,y=0mm,z=0mm）;再按下Enter键后输入第三个点的坐标为（x=0mm,y=6mm,z=0mm）;按下Enter键后输回第一个点的坐标为（x=0mm,y=0mm,z=0mm）。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

当所绘曲线闭合后，在绘图区点击鼠标右键，选择SetEdgeType项，再进入子菜单选择线形为Straight。

再次在绘图区点击鼠标右键，选择Done项结束曲线绘制。

图3－24输入多边形的几何尺寸参数

图3－25设置多边形的线形后结束曲线绘制

18．置多边形属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出多边形属性对话框。

在Attribute页我们可以为多边形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。

这里，我们把这个长方形命名为Chamcut1，将其透明度设为0.8。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

图3－26设置多边形的各项属性

图3－27绘出多边形Chamcut1后的视窗

19．下面我们把多边形Chamcut1移到边角去。

在操作历史树中选中Chamcut1；在Edit菜单上，点击Arrage选项,再选择Move项。

（或直接点击

图标）。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入位移矢量。

位移矢量起点坐标为（x=0mm,y=0mm,z=0mm）;按下Enter键后输入矢量方向大小dx=-16mm,dy=-16mm,dz=5mm..

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

图3－28通过菜单进行Move操作

图3－29输入多边形移动的位置矢量

图3－29多边形移动后的位置视窗

20．复制多边形Chamcut1，并将它移到另一个对角。

在操作历史树中选中Chamcut1；在Edit菜单上，点击Duplicate选项,再选择Around

Axis项。

（或直接点击

图标）。

图3－30从操作历史树选中duplicate操作，aroundAxis方式

此时出现轴向选择对话框，我们将轴线设为Z轴，旋转角度180deg；我们只需复制一份，连同原来的共2份，所以total设为2.

图3－31轴向选择对话框设置图3－32为复制的物体改名

复制的物体被自动命名为Chamcut1_1;我们将其分别命名为Chamcut2。

具体方法为：

在操作历史树中选中Chamcut1_1；在Attribute工作区把Name从Chamcut1_1改为Chamcut2。

图3－33Chamcut1被复制后的视窗

21．模仿以上步骤把Chamcut1,Chamcut2从Patch中割去。

但这次不要选中Clonetoolobjectsbeforesubtract；因为我们想在把Patch裁去和Chamcut1,Chamcut2一样大小的角，并不需要保留Chamcut1,Chamcut2。

图3－34减去Chamcut1，Chamcut2角后的总视窗

至此几何建模完成。

二.设置变量

1．在goundplane中设置变量。

在操作历史树中,点击goundplane前+号将其展开；选中CreatRectangle单击鼠标右键，点击Properties项（或直接在command窗口修改）。

图3－35从操作历史树选中CreatRect图3－36在command窗口的属性表

修改Position，把原来的-45,-45,0改为glaneStart,glaneStart,0；

图3－37在goundplane的command页修改Position

因为glaneStart变量从来没有定义过，HFSS系统会自动跳出变量定义框。

我们将glaneStart定义为-45mm。

（注意：

不要忘记了写单位mm）。

图3－38定义变量glaneStart

下一步修改XSize，Ysize；把原来的90mm,90mm改为glaneSize,glaneSize；

定义变量glaneSize为90mm,步骤如上。

图3－39修改完毕后的goundplane的command页

2．在substrate中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：

subStart:

-22.5mm;subSize:

45mm;subHeight:

5mm;

Position:

-22.5mm,-22.5mm,0mm->subStart,subStart,0mm;

XSize:

45mm->subSize;

YSize:

45mm->subSize;

ZSize:

5mm->subHeight.

图3－40修改完毕后的substrate的command页

3．在Patch中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：

PatchStart:

-16mm;PatchSize:

32mm;

Position:

-16mm,-16mm,5mm->PatchStart,PatchStart,subHeight;

XSize:

32mm->PatchSize;

YSize:

32mm->PatchSize;

图3－41修改完毕后的Patch的command页

4．在feed中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：

FeedLocation:

8mm;

Position:

0mm,8mm,0mm->0mm,FeedLocation,0mm;

Height:

5mm->SubHeight;

图3－42修改完毕后的feed的command页

5．在port中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：

Position:

0mm,8mm,0mm->0mm,FeedLocation,0mm;

图3－43修改完毕后的port的command页

6．在chamCut1中设置变量。

ChamCut1在我们切割后并未消失，而是隐藏在patch的Subtract操作中；在操作历史树中,点击patch前+号将其层层展开直到看到CreateLine（patch－>Chamcut1－>CreatPolyline－>CreateLine）；用鼠标双击CreateLine后，出现线条属性修改窗口。

图3－44展开Patch操作可以显示CreateLine项

定义变量ChamSize＝6mm；通过修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长。

原来的第二点坐标[6,0,0]－>[ChamSize,0,0]

原来的第三点坐标[0,6,0]－>[0,ChamSize,0]

具体做法是以此次双击三个CreateLine后，如下图修改线条属性。

图3－45修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长

7．修改Chamcut1的位移矢量。

在操作历史树中,点击patch前+号将其层层展开直到看到Move（patch－>Chamcut1－>Move）；用鼠标双击Move后，出现位移矢量属性修改窗口。

将其中的MoveVector从[-16mm–16mm5mm]改为[patchStart,patchStart,SubHeight];

图3－46修改Chamcut1的位移矢量

8．建立变量之间的关系。

在project工作区选择hfopt_ismantenna设计，点击鼠标右键选择DesignProperties项。

图3－47从project工作区更改设计变量

此时HFSS系统会弹出变量属性对话框；

将glaneStart设为-gplaneSize/2；

将subStart设为-subSize/2；

将PatchStart设为-patchSize/2；

建立变量联系。

图3－48建立变量联系

变量设置至此结束。

三.设置模型材料参数

1．设置feed的材料为copper。

在操作历史树中选中feed；点击鼠标右键，选择AssignMaterial项。

出现材料库对话框，选择copper后点击确定。

图3－49通过菜单进行材料分配操作

图3－50材料库对话框

2.模仿以上步骤把Substrate的材料设为Rogers4003。

（提示：

可用材料名在材料库中搜索）

3.air已被系统默认设置为真空，无需更改。

四.设置边界条件和激励源

1．将air设置成辐射边界条件；

在操作历史树中选中air,单击鼠标右键，进入AssignBoundary选项，点击Raditation选项。

此时HFSS系统提示你为此边界命名，我们把此边界命名为air。

图3－51通过菜单设置边界条件

图3－52为边界条件命名

图3－53设置air边界条件后的视窗

2．将groundplane和patch设为finiteconductivity；

在操作历史树中选中利用ctrl键同时选中groundplane和patch，单击鼠标右键，进入AssignBoundary选项，点击FiniteConductivity选项。

此时HFSS系统提示你为此边界命名，使用默认设置即可。

图3－54通过菜单设置边界条件

3．为port设置激励源

在操作历史树中选中port,单击鼠标右键，进入AssignExcitation选项，点击Lumpedport选项。

此时HFSS系统绘自动弹出LumpedPort:

General对话框，我们将名称设为port1,其他接受系统默认值，点击“下一步”按钮,进入LumpedPort:

Mode页。

点击积分线（IntegrationLine）下的None选项并下拉，选择NewLine，会出现CreateLine消息框。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入起始点坐标（x=0mm,9.5mm,0mm）,按下Enter键后输入激励源矢量（dx=0mm,dy=-1mm,dz=0mm）。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标

图3－55为端口设置激励类型

图3－56—1

图3－56—2

图3－56—3

图3－56—4

图3－56—5

图3－56设置port1激励源的步骤

至此边界条件和激励源已分配完毕。

五.设置求解条件

在Project工作区选中Analysis项，点击鼠标右键，选择AddSolutionSetup。

图3－57在project区设置求解条件

这时会系统会弹出求解设置对话框，我们把参数设为：

点频为2.45GHz,最大迭带次数10，最大误差0.001

图3－58设置求解条件

在点频基础上进行扫频设定。

在project工作区中点开Analysis前的“＋”号，选中点频设置Setup1；点击鼠标右键，选择AddSweep项。

图3－59在project区设置扫频条件

确定扫频方式为Fast,起始频率为2GHz,终止频率3GHz,分为20份；保留场。

图3－60设置扫频条件

将求解的条件设好后，

我们来看看HFSS的前期工作是否完成，在HFSS菜单下，点击validationcheck。

（或直接点击

图标）

图3－61通过菜单进行验证操作

图3－62通过验证

再次选中Project工作区的Analysis；点击鼠标右键，选中Analyze即可开始求解。

（或直接点击

图标）

图3－63对问题进行分析

当求解过程结束后，在MessageManager窗口会有相应的提示。

第四章优化

本章中你的目标是：

√Parametric求解。

√优化求解

时间：

完成这章的内容总共大约要20分钟。

一.Parametric求解

1．选择Project工作区的Optimetrics,点击鼠标右键，选择Add项进而选择Parametric项。

或直接点击

图标。

图4－1在project工作区设置Parametric

此时HFSS系统会弹出变量扫频对话框。

图4－2添加Parametric变量

2．点击Add按钮，我们来添加ChameSize和PatchSize两个变量。

首先点击Variable向下三角选择ChamSize，

接着选中Linearcount（线性变化）；Start设为5mm,Stop设为7mm；Count为3;

最后点击Add按钮添加变量。

同样选中PatchSize;

接着选中Linearcount（线性变化）；Start设为31mm,Stop设为33mm；Count为3。

最后点击Add按钮添加变量。

点击OK后返回。

图4－3添加ChameSize变量

图4－4添加PatchSize变量

3．点击Table页，这里显示了我们刚才设置变量的9种组合选择。

图4－5变量的组合选择

4．下面我们来定义几个输出变量。

点击Calulations页，点击Add按钮，选择Solution为Setup:

LastAdaptive；

点击itCalculation按钮。

图4－6Calulations页的操作

此时出现OutputVariables对话框；在Name项填入S11mag；在ReportType项选择ModelSParameter；solution项选择Setup:

LastAdaptive；Category选择SParameter,Quantity选择S（port1,port1）,Function选择mag。

点击InsertquantityIntoExpression把以上所选加入表达式。

最后点击Add完成加入变量的操作。

图4－7加入输出变量S11mag

同样操作加入输出变量AxiaRatio和cost。

他们的设置如下：

AxiaRatio：

Name项填入AxiaRatio；在ReportType项选择FarFields；solution项选择Setup:

LastAdaptive；Category