HFSSV13天线仿真基本操作指南.docx

1、HFSSV13天线仿真基本操作指南HFSS v13.0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Add Solution Setup二、确认设置并分析Validation Check Analyze All第五章 查看结果 Results一、3D极化图（3D Polar Plot）二、3D直角图（3D

2、 Rectangular Plot）三、辐射方向图（Radiation Pattern）四、驻波比(VSWR)五、矩阵数据(Matrix Date)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：Project n 。由主菜单选File Save as,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Validation Check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 Insert HFSS Design 或点击图标，(大口径的由主菜单选Project Insert HFSS-IE D

3、esign)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 Solution Type（求解类型），选择Driven Model或Driven Terminal（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Driven Terminal，Driven Model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Driven Terminal分析。4、设置单位由主菜单选Modeler Units，在Set Model Units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

4、状由主菜单选Draw Rectangle (or Ellipse，Circle，Box and so on)，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

5、，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。Regular Polygon(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Segment number对话窗设置多边数，完成。Box(长方体)：首先输入基坐标(x

6、，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)Regular Polyhedron(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Segment number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

7、，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Select Objects、Select Faces、Select Edges、Select Vertices、Select Multi，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E

8、dit Select By Name(对于Objects和Faces)，或者选择Edit Select By Variable(对于Edges、Vertices和Multi)进行选择。2、坐标偏移在菜单中选择Modeler Coordinate System Create Relative CS 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Modele

9、r 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Split Plane选XY，Keep Fragment选Negative Side (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。)Split objects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)

10、4、复制粘贴操作选定所要复制的部分右击选择EditCopy在绘图区右击选择EditPaste，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Select Definition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DrawEquati

11、on Based Curve，则出现Equation Based Curve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 Around Axis，旋转扫描，弹出Sweep Around Axis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*_t2+b，Start_t、End_t及Points据具体情况未定，然后对此抛

12、物线做Sweep Around Axis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 Along Vector输入(X，Y，Z)及(dX，dY，dZ)得平移向量弹出Sweep Along Vector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

13、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Modeler Design Tree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Assign Material(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

14、)，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Modeler Design Tree的Solids部分。对于Sheets：选定图形名称图标，右键选Assign Boundary Finite Conductivity(or layer impedance and so on)，(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Finite Cond1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

15、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Assign Boundary 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Assign Excitation Lumped Port(or Wave Port)，点击“下一步”，若辐射端口不为所选平面的全部，则在Integration Line项目中点击None出现下拉菜单，选择New Line 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

16、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Select Faces，利用Ctrl键，依次选择4个直立面，点右键选Assign Boundary Perfect E，(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/Active View Visibility，在弹出对话窗的3D Modeler,去掉哪一项的勾，则这一项在3

17、D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、HFSS design与HFSS-IE design的关联在模型上，不选任何物体，右键鼠标选Assign Excitation/Incident Wave/Near Field Wave，弹出Setup Link窗口。 选择本工程，软件自动将HFSS design中的馈源模型添加到HFSS-IE design中，点击“确定”，弹出Incident Wave Source：General Data窗口，任意填写一个名称，点击“下一步”，弹出Incident Wave Source：Near

18、 Field Wave Options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Add Solution Setup，弹出Solution Setup对话窗口(右图所示)，在General窗口中取所需输入频率“x GHz”，所需收敛迭代最大步数“n”（Maximum Number of Passes），在Options窗口中选取Minimum Number of Passes 、Minimum Converged Passes、Maximum refinement per

19、 pass、Order of Basis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, 802.11 2.G/802.11 5G等)，低频段可取Maximum Delta S0.02, 高频段取Maximum Delta S0.01，Minimum Passes 6, Maximum passes 16 (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），Minimum Converged Passes 2 （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Maximum Refinement Per Pas

20、s，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Add Frequency Sweep（添加扫频），选择Sweep Type为Fast(or Discrete、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

21、置并分析由主菜单选HFSS/Validation Check, 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/Analyze All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（3D Polar Plot）（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Insert Far Field Setup/Infinite Sphere，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Ste

22、p size，点击“确定”退出。选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择Create Far Fields Report/ 3D Polar Plot，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x GHz，Category选Gain，Quantity选 GainTotal，Function选dB，点击New Report，点击Close退出。生成图形如图所示。二、3D直角图（3D Rectangular Plot）（远场为例）选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择Create Far

23、 Fields Report/3D Rectangular Plot，按OK确定，后面操作与3D Polar Plot的操作类似。生成图形如下图所示。三、辐射方向图（Radiation Pattern）（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Insert Far Field Setup/Infinite Sphere，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Step size（此时通过选定特殊的值，可将辐射表面设置为平面，如：Phi是0360deg，步长360deg；Theta是01

24、80，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Create Far Fields Report/ Radiation Pattern，按OK确定，后面操作与3D Polar Plot的操作类似。生成图形如下图所示。注：同理，在Create Far Fields Report选项里，还有Rectangular Plot、Rectangular Stacked Plot、Data Table、Rectangular Contour Plot，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3D Pola

25、r Plot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Create Quick Report，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Modify Report，将Function改为dB，点击Apply Trace，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Quick Report 对话框里，可以选择其他特性图，如Lambda、Passivity、Port Zo、S Parameter等等。选择其他特性图后，操作与VSWR操作类似。五、矩阵数据(Matrix Date)在工程树中的WgAntenna/Ana- lysis/Setup1项上点右键，选择Matrix Date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)