Ansoft HFSS,是Ansoft公(gōng)司推出的三(sān)维电磁仿真软件;是世界上第一个商业化的三维结构(gòu)电磁场仿真软件(jiàn),业界公认的三维(wéi)电(diàn)磁场设计和分析(xī)的电子(zǐ)设计工(gōng)业标准。HFSS10破解版(bǎn)提供了一(yī)简洁直(zhí)观的用户设(shè)计界面、精(jīng)确(què)自(zì)适(shì)应的场解器(qì)、拥有空前电(diàn)性能分析能力的功能强大后处(chù)理器,能计(jì)算(suàn)任意形(xíng)状(zhuàng)三维无源结构(gòu)的(de)S参数(shù)和全波(bō)电磁场。
HFSS软件拥有强大的天线(xiàn)设(shè)计功能,它可以计算天线参(cān)量,如增益、方(fāng)向性、远场方向图(tú)剖面、远场(chǎng)3D图(tú)和3dB带宽;绘(huì)制极化特性(xìng),包括球形场分量、圆极(jí)化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。使用HFSS,可以计(jì)算:① 基本电磁场数值解和(hé)开边界问题,近远场辐射问题;② 端口(kǒu)特征阻抗(kàng)和传输(shū)常数;③ S参数和相应(yīng)端口(kǒu)阻抗的归一化S参数;④ 结构的本征模或谐振解。而且,由Ansoft HFSS和(hé)Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案,是目前唯一以物理原(yuán)型为基础的高频设(shè)计解决方案,提(tí)供了从系统到电路直(zhí)至部件级的快(kuài)速而精(jīng)确的设计手段(duàn),覆盖了高(gāo)频设计(jì)的所(suǒ)有环节

和大部分的大(dà)型数值分析软件相似(sì),以有限元方法为基础(chǔ)的Ansoft HFSS 并非是傻瓜软(ruǎn)件,对于绝大(dà)部分(fèn)的问(wèn)题来说,想要得到快速(sù)而准确的结果,必须人(rén)工(gōng)作一定的乾预。除了必须十分明(míng)了模型细节外,建模者(zhě)本身也最好具(jù)备一定的(de)电(diàn)磁理论基础(chǔ)。这里假定阅读者使用过HFSS,因此(cǐ)对(duì)一(yī)些属于基(jī)本操作方面的(de)内容并不提及。
1、对称的使用(yòng)
对于一个具体的高频电磁(cí)场仿真问题,首先应该(gāi)看看它是(shì)否可以采用对称面。这(zhè)里面的约束主要在几何(hé)对称(chēng)和激励(lì)对称要求。如果一个问题的激(jī)励(lì)并不(bú)要求是(shì)可改变的,比如全部(bù)同相馈电的阵列,此时最好采用对称(chēng),甚至可以采用(yòng)2个对称(E 和H 对称),将可以(yǐ)大大节约时间和设备资源。
2、面的使用
在实际问题中,有很多结构是可以使用(yòng) 2 维(wéi)面来代替的(de),使用2 维面的好处是可以极大(dà)的减(jiǎn)少计算量并且(qiě)结果与使用3 维实体相差无几。例如计算一(yī)个微(wēi)带的分支线耦合器,印制板的微(wēi)带以及地(dì)都(dōu)可以指(zhǐ)定(dìng)某些面为理想电面(miàn)代替,这样可以很快的获(huò)得所需要的物理尺寸及其性能。再以计算偶极子为例(lì),如果(guǒ)偶极子是以(yǐ)理想导体为材(cái)质的圆柱,那么相同的(de)其他条件下(xià)其计算时间大约是采用等(děng)效面(miàn)为偶极子的4~5 倍,由此可见一般。
3、Lump Port(集中(zhōng)端口)的使用
在 HFSS8 里提供了一(yī)种新的激励(lì):Lump Port,这种激励避免了建(jiàn)立一(yī)个同轴或者波(bō)导激励,从而在(zài)一定程度上减轻(qīng)了模型量(liàng),也(yě)减少了计算时间。 LumpPort 也可以使用一个面来代(dài)表,要注意的是对(duì)该Port 的校(xiào)准线和(hé)阻抗线(xiàn)的设置一(yī)定要准确,端口在空(kōng)间上一定要与(yǔ)其他金属(或电面)相接,否则结果极易(yì)出(chū)错。
4、关于辐射边界的问题
在不需要求解近(远)场问题时,比如密(mì)封在金属箱体里面(miàn)的滤波器等密闭问题,无(wú)需设置辐射边界(jiè)。在(zài)需(xū)要求(qiú)解场分布或者方(fāng)向图时,必须设置辐射边界。这里有(yǒu)些需要注意的问题:在计算大带宽周(zhōu)期性结构时,比(bǐ)如3 个倍频程,最好分段计算,例如以一个倍频(pín)程为一段(duàn),也就是说在不同的频段计算时设置不同大小的辐(fú)射边(biān)界,否则在计算的频率边缘难以保证计(jì)算精(jīng)度;其(qí)次(cì),辐射(shè)边界的大小和问题的具体形状密切相关,如(rú)果物体(tǐ)的外(wài)部轮廓(kuò)可以装在(zài)一个球或并不(bú)过(guò)分的椭球中时,宜采用立方体边界——简单有效,如(rú)果问(wèn)题的外部(bù)轮(lún)廓较为复杂或者椭球2 轴差距太(tài)大,以采(cǎi)用相似(sì)形边界或圆柱边界,对于辐射问(wèn)题,如果(guǒ)估计问题的增益较低(比如2dB),那么(me)边界宜采用球形,此时为了得到(dào)结(jié)果准确也(yě)只好牺牲时间了;另在 HFSS 8 中提供了(le)一种新的吸收边界——PML 边界条件,对(duì)于(yú)这种边(biān)界,笔者并不是(shì)很(hěn)满意(yì),尽管(guǎn)其有效距离为八分之一个中心波(bō)长——是老边界的一半(bàn),可以减少计算量,然而这(zhè)种边界由程序自己生成,为一(yī)个立方体的复杂结(jié)构,对于(yú)一些特殊的(de)复杂问题,这种边(biān)界内部(bù)有很多的(de)空间(jiān)是无用(yòng)的,此时还不如使用老边界灵活。
5、关于开孔
有些问题需要在(zài)壁上开孔,此时可以采用2 种办法,其一是老老实实的在模型上挖空;其二是采(cǎi)用H/Natrue 边界条件,通(tōng)常,如果是在面上开孔,将会(huì)采用后者(zhě),简单,便(biàn)于修改。
6、关于网格划分
当模(mó)型建立好了之后(hòu),进入计算模块,第一步是给(gěi)问(wèn)题划分网格。对于一般问(wèn)题,让软件自动(dòng)划分比较(jiào)省(shěng)心,但对大型(xíng)问题和(hé)复杂问题(tí),让软件自己划分可(kě)能需要很好的耐性来等待。根据实际经验,在大型模(mó)型的结构密集区域(yù)或场敏(mǐn)感区域使用人工划分可以得到很好(hǎo)的(de)效果,有些问(wèn)题的计算结果开始表现为收敛,但进一步提高精度,却又反弹,问题就在于开始时(shí)场(chǎng)敏感区域(yù)的网格(gé)划(huá)分不够仔细,导致计算结果的偏差。
7、关于(yú)所需(xū)要的精度(dù)
计(jì)算问题时(shí),一般需要给(gěi)定一个收(shōu)敛精度和计算次数以(yǐ)避免程序“陷入(rù)计算(suàn)而无法自拔”,当(dāng)对模型熟悉后(hòu),可以(yǐ)单单靠给定次数。在问(wèn)题之(zhī)初,建议的计算精度不要太高(gāo),实(shí)际中曾(céng)见(jiàn)到有操作者将(jiāng)问题(tí)的S 参数精度设定为0.00001,其实这是(shì)完全没(méi)有(yǒu)必要的,一般S 参数的精度设(shè)定为0.02 左右就已经(jīng)可(kě)以满(mǎn)足绝大部分问题的需要(此(cǐ)时应该注(zhù)意有无收敛(liǎn)反弹的情况)。如果是计算次(cì)数,对(duì)于密闭问题,建议是设(shè)定为8~12 次,对于(yú)辐射(shè)问题,一般计算6~8 次左右即可观(guān)察(chá)结果,如果不够再决(jué)定(dìng)是否继(jì)续计算。
8、关于扫描
HFSS 提供一(yī)个(gè)扫描功能,分3 种方式:快速、离散和(hé)插值。其中离散扫描(miáo)只保留最(zuì)后一个频点的(de)场结(jié)果,其计算时间(jiān)是单(dān)个频点计算时间之和;对快速扫描,将可以得到所计算的频率范围内的所有频率场结果,但是其(qí)计算速度和(hé)频点(diǎn)多少关系不大,基本和(hé)模型复(fù)杂程度(dù)正(zhèng)比,有(yǒu)时(shí)扫描计算的时间非常长(zhǎng),如果不是特别需要关(guān)心所(suǒ)有的场情况,建议选用离(lí)散扫描,对于特别(bié)巨大的问题,则是以(yǐ)快速扫描为宜(yí)。而插值方(fāng)式比较(jiào)少用。
9、关于问题的(de)规模
HFSS 所能计(jì)算的(de)问题规模与计算机硬件关(guān)系很大,其次是所(suǒ)使用的操作系(xì)统。在 HFSS8 里,问题描述矩(jǔ)阵的阶基本和网格数正(zhèng)比,对于四面体上10 万的问题也能游刃有余(yú)(只要机器够好),然而(ér)这(zhè)并(bìng)非是指实际问题的电(diàn)尺寸,实际上(shàng),要精确计算一个计(jì)算机网络电缆接头(RJ45)所需要(yào)的(de)时间和资源并不(bú)比计算一个(gè)有一个波(bō)长(zhǎng)电(diàn)尺寸的一般辐射问(wèn)题(tí)少多少,所(suǒ)以实际上其计算规(guī)模的(de)主要约束(shù)是问(wèn)题的复杂(zá)程度,而(ér)复杂程度里面包含了电尺寸(cùn)、结构复杂度等要(yào)素。由此提醒我们建模时应该尽量简化模(mó)型(xíng)。一般来说,除(chú)了在激励区,当结构电尺(chǐ)寸比二十分之一波长还小时,可(kě)以忽略它的存在而(ér)不会引入明显的误差(chà),这一点在解决(jué)问题之(zhī)初很有效,可以(yǐ)迅速发现问(wèn)题的关(guān)键;当问题的主(zhǔ)要要求满足后,再将模型细化以获(huò)得更加精确的结果。