同轴短线谐振器分析.docx
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同轴短线谐振器分析
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ANSYS教学算例集
同轴短线谐振器分析
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2018年06月13日
1.摘要
本文详细的介绍了ANSYSHFSS软件对同轴短线谐振腔进行仿真设计的过程，并利用软件优化出最理想的符合要求的尺寸。
2.ANSYSHFSS17.1设置环境
创作这个无源器件模型将用到以下AnsysHFSS设计环境的特征。
3D立体模型（3DSolidModeling）
初始形状：
圆柱（Primitives:
Cylinders）
布尔函数：
合并（Boolean:
Union）
复制：
围绕坐标轴（Duplicate:
AroundAxis）
边界/激励（Boundaries/Excitations）
激励：
波端口（Excitations:
WavePorts）
分析（Analysis）
扫描：
快速（Sweep:
FastFrequency）
优化（Optimization）
变量设置（ParametricsSetup）
优化设置（OptimetricsSetup）
结果（Results）
数据：
列表形式（Data:
Tabular）
图：
笛卡尔形式（Plotting:
Cartesian）
3.开始实例
3.1启动AnsysHFSS
点击开始按纽，选择所有程序，再选择AnsysHFSS程序群，点击ANSYSElectronicsDesktop，来启动AnsysHFSS。
3.2新建工程和变量
1）新建工程
打开ANSYS仿真软件，单击
或者【Project】>【InsertHFSSDesign】。
并点击
或者【File】>【SaveAs…】保存文件，注意文件名和保存路径不能出现中文。
2）新建变量
点击【HFSS】>【DesignProperties】，在弹出的界面点击【Add】，添加所需变量，完成后单击确定。
本例我们只设置一个变量。
3.3设置仿真类型
1.选择HFSS>SolutionType
2.打开SolutionType窗口：
a.选择Terminal
b.点击OK
3.4HFSS3D建模
1）设置模型单位
1.选择Modeler>Units
2.设置单位：
a.选择单位：
mm
b.点击OK
2）设置坐标平面
选择Modeler>GridPlane>XZ，或者直接在主界面设置ZX
3）创建导体1
选择Draw>Cylinder，或者点击
，点击Cylinder1的属性栏，设置如下：
Conductor的坐标参数如图：
4）创建短线
创建短线的步骤与创建导体1的步骤相同，其属性和参数化设置如下图：
5）创建元件Body
创建元件body的过程与创建导体和短线的步骤一样，其属性和参数化设置如下图：
创建好的图形如图：
6）创建波端口激励1
注意：
为了简化结构，将创建一个2维的物体来代表端口。
这并不是定义端口的必须要求。
绘图面选择框可以用来选择绘图坐标面。
画一个圆来作为端口：
1.选择Draw>Circle，坐标设置：
名称设置：
1.双击树型图中的“Circle1”弹出Attribute标签窗口
2.命名为：
p1
3.点击确定
7）添加波端口激励
选中p1，右击或者选择HFSS>Excitations>WavePort，出现如图所示界面，单击OK。
8）创建端口2
按Crtl选择导体Body，Conductor和p1，选择Edit>Duplicate>AroundAxis.或者直接点击
，完成后的视图如图所示。
a.轴：
X
b.Angle:
-90
c.TotalNumber:
2
d.点击OK
9）创建短线形状
选中物体Body，选择Edit>Duplicate>AroundAxis或者点击
，完成后视图如图所示。
a.Axis:
X
b.Angle:
180
c.TotalNumber:
2
d.点击OK
10）聚合物体
聚合空气腔：
选中物体Body,Body_1,Body_2，选择Modeler>Boolean>Unite。
聚合导体和短线：
选中Conductor,Conductor_1和Stub命名的物体，选择Modeler>Boolean>Unite。
聚合后的图形如图所示：
4.分析设置
4.1创建一个分析设置
1.选择HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
2.打开仿真设置窗口：
a.点击General标签
SolutionFrequency:
13GHz
MaximumNumberofPasses:
10
MaximumDeltaS:
0.02
b.点击确定
4.2添加频率扫描
添加扫描：
1.选择HFSS>AnalysisSetup>AddFrequencySweep...
a.选择仿真设置：
Setup1
b.点击OK
2.编辑扫描窗口，设置如下：
a.SweepType:
Fast
b.FrequencySetupType:
LinearStep
Start:
5.0GHz
Stop:
20.0GHz
Step:
0.01GHz
5.设计检查和运行仿真分析
选择HFSS>ValidationCheck操作命令，或者单击工具栏中的
按钮，可以执行设计检查操作，弹出如图所示的对话框。
如果设计检查中，所有的步骤都是正确且完整的，就可运行仿真分析了。
单击工具栏中的
按钮，或者从主菜单栏选择HFSS>AnalyzeAll就可以进行分析了。
6.创建TerminalS-Parameter幅度图
选择HFSS>Results>CreateTerminalSolutionDataReport>RectangularPlot，或者右击工程树下的Results，选项如图。
S参数扫频结果
7.优化设置-参数扫描
在设计一个微波器件的时候，通常在基于扫描参数的基础上设计，带有优化扫描参数的AnsysHFSS可以自动的创建设计的指标曲线。
添加一个参数扫描，选择HFSS>OptimetricsAnalysis>AddParametric或者点击工程树下Optimetrics>Add>Parametric，添加l0为扫描变量，设置如图所示，完成添加参数扫描操作。
参数扫描分析结果
8.优化设计
（1）参数扫描对于普通设计的曲线很有用。
对于这个普通的只有一个变量的设计我们可以用曲线图来对没有包含在参数扫描中的优化指标进行一个估算。
AnsysHFSS和Optimization从已知的优化结果得出估算结果。
为了显示这点我们将设在13GHz时S12有最小值。
因为这个设计的频率很高，我们假设在13GHz时<=-40dB为最小值。
在参数扫描中，我们可以看到计算范围可以被缩小到4.7-5.1mm。
因为我们只对得到在13GHz时的结果感兴趣，我们将添加一个不包含频率扫描的仿真设置。
这将减少得到目标值所需要的仿真时间。
（2）优化目标设计
选择HFSS>OptimetricsAnalysis>AddOptimization
打开优化设置窗口：
（3）查看优化结果：
1.在ProjectManager窗口选择Optimetrics右击ViewAnalysisResult,如下图所示为优化Table图和Plot图
2.当完成查看时点击Close按纽
把优化的数据l0=4.725代入设计进行仿真，得出最优结果。
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