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1、四、HFSS的使用與實例1、HFSS的安裝：依次安裝:HFSSSCAPLIB然后安裝補?。阂姾髨D并復制license.lic to Admin 2、HFSS的應用：以實例說明：實例1：探針饋電的貼片天線創(chuàng)建一個工程 注意檢查：a)ToolsOptionsHFSS Options b)ToolsOptions3D Modeler OptionsCheck it 設置求解類型：HFSSSolution TypeDriven Tenminal模式驅動：計算以模式為基礎的S參數(shù)，根據(jù)波導模式的入射和反射功率表示S參數(shù)矩陣的解，波導、天線、散射場等多用這個模式。這是種從場的方式進行仿真分析，給出的是功率
2、。終端驅動：計算以終端為基礎的多導體傳輸線端口的S參數(shù)，此時，根據(jù)傳輸線終端的電壓和電流表示S參數(shù)矩陣的解， 微帶類用這個比較多。這是種從路的角度仿真分 析，給出的是電壓電流，而集中端口就是通過RLC參數(shù)計算阻抗。本征模：計算某一結構的本征模式或諧振，本征模求解器可以求出該結構的諧振頻率以及這些諧振頻率下的場模式。 建模過程：（1）設置模型單位：3D ModelerUnits選擇cmOK2) 選擇模型材料：在search材料框中輸入 rogers RT/等選擇5880材料 3）建立基底：DrawBox在底部的坐標輸入框中輸入坐標,確認后在屬性對話框中輸入基底名稱SUB1，鍵入CTRL+D，縮小
3、全部顯示基底（-5，-4.5, 0）回車（10, 9， 0.32）回車鍵入Sub1 鍵入Ctrl+D 4）建立infinite ground：DrawRectangle在底部的坐標輸入框中輸入坐標,確認后在屬性對話框中輸入地的名稱inf_gnd，Ok, 然后鍵入CTRL+D，縮小全部顯示基底 （-5，-4.5, 0）回車（10, 9， 0）回車 5）設置地的邊界條件：EditSelectby name選擇inf_gndokHfssBoundariesAssignPerfect E輸入名稱perf_gnd,確認infinite ground plane 被checkedok 6）在地上打孔并完成
4、地的設計： Drawcircle輸入圓盤位置坐標（-0.5, 0，0）和半徑（0.16, 0, 0）ok取名cut_out，確認。同時選擇(按住ctrl鍵點鼠標選擇）inf_gnd和cut_out, ok3D Modeler Boolean Subtract如圖選擇blank和tool parts，ok地就建好了。 7）貼片設計：Drawrectangle輸入坐標（-2，-1.5，0.32）確認輸入增量（4, 3, 0）確認輸入貼片名稱patch 8）設置貼片的電特性，完成貼片設計：EditSelect by name選擇patchokHFSSBoundariesAssignPerfect E
5、輸入名稱： Perf_patch確認。 9）饋電同軸線建模：首先設置默認材料為真空DrawCylinder輸入位置坐標（-0.5, 0, 0）回車，半徑（0.16, 0, 0）回車同軸線長度（0, 0，-0.5）回車從properties 窗口中輸入名稱 coax按住ctrl+alt,拖動鼠標變換視角 選擇默認材料為pec，建立同軸線的軸心Drawcylinder輸入柱位置坐標（-0.5, 0, 0）柱半徑（0.07, 0, 0）柱長（0, 0, -0.5）確認輸入名稱coax_pinok 10）創(chuàng)建波端口激勵DrawCircle輸入端口面的位置坐標（-0.5,0，-0.5）輸入半徑（0.16
6、,0,0）命名為port1，確認選擇port1,設置激勵HFSSExcitationsAssignWave prot 設置端口名p1,點擊下一步 終端數(shù)目：1從終端線中選擇new line出現(xiàn)下列對話框，并在底部的坐標輸入框中輸入矢量線的位置坐標始點（-0.34,0，-0.5）長度為（-0.09,0,0）確認，下一步到完成即可。 說明兩點：（1）兩種波端口加法：Wave port：假定你定義的波端口連接到一個半無限長的波導，該波導具有與端口相同的截面和材料，每個端口都是獨立的激勵并且在端口中每一個入射模式的平均功率為1瓦。Lumped port：這種激勵避免建立一個同軸或者波導激勵，從而在一定
7、程度上減輕了模型量，也減少了計算時間。Lumpport也可以用一個面來代表，要注意的是對該port的校準線和阻抗線的設置一定要準確，端口在空間上一定要與其他金屬（或者電面）相連，否則結果記憶出錯。（2）本例中波端口新線的定義位置示意0.07 0.16中心位置坐標是-0.5，所以外徑的位置是：-0.5+0.16=-0.34指向軸心的長度為：0.16-0.07=0.09 矢量線的位置坐標始點（-0.34,0，-0.5）長度為（-0.09,0,0） 11）創(chuàng)建探針（probe)，完成貼片天線設計DrawCylinder輸入坐標（-0.5,0,0）半徑（0.07,0,0）長度（0,0,0.32）確認命
8、名為probe即可。 12）創(chuàng)建輻射邊界條件首先選擇真空材料Drawbox輸入輻射邊界的位置坐標（-5，-4.5,0）長寬高（10, 9, 3.32）確認命名為air，Ctrl+D 縮小觀察尺寸 下邊設置輻射邊界條件：Editselectfaces選擇air的5個面，除了底面。HFSSboundariesradiation命名為rad1,確認即可 13）設置輻射場分析條件HFSSradiationinsert far field setupinfinite sphere在對話框中如圖選擇參數(shù)確定 14）創(chuàng)建分析設置HFSSanalysis setupadd solution setup選擇Ge
9、neral tab求解頻率：2.25GHz最大迭代處理階段數(shù)：20（即hfss完成仿真的最大迭代次數(shù)，如果在這個次數(shù)之內(nèi)達到了delta S的收斂值，就可以認為達到計算要求，否則會要求修正收斂精度和迭代次數(shù)）每個階段的最大delta S: 0.02（即收斂精度，這個與端口設計有關，是兩個連續(xù)迭代求解S參數(shù)的數(shù)量變化的收 斂值，即如果兩次迭代過程的S參數(shù)的數(shù)量變化和相位變化均小于這個設定值，那么自適應分析求解就會停止，否則將繼續(xù)修改網(wǎng)格，直到在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)達到精度要求為止，否者結果是發(fā)散的，不能用） 繼續(xù)加人頻率計算范圍：HFSSanalsis setupadd sweepok如圖編輯swe
10、ep 窗口： 保存工程，即可開始經(jīng)行求解分析。 15）求解分析模型檢查：HFSSValidation check分析開始：HFSSanalyze查看求解結果的斂散性：HFSSresultssolution data 創(chuàng)建輸出數(shù)據(jù)報表：a) S參數(shù)特性：如圖操作：確認即可： 在圖中點鼠標右鍵可mark all trace,找到最小值的頻率和帶寬。S11的定義：就是端口1的反射系數(shù)，定義為反射電壓和入射電壓的比值。如果從功率角度講，可以理解為反射功率/入射功率，即回波損耗。與駐波比和反射系數(shù)的關系是： 111111 SVSWR S 112, 10VSWR S dB 由于天線與饋線的阻抗不匹配或者天
11、線與發(fā)射機的阻抗不匹配，高頻能量反射，并與前行波干擾形成駐波。當完全匹配時，反射系數(shù)為0，駐波比為1，這是理想狀態(tài)。 b)遠區(qū)輻射場特性創(chuàng)建求解報告如圖示：如圖設置輸出參數(shù) 1、dBm dBm是一個考征功率絕對值的值，計算公式為：10lgP（功率值/1mw）。 例1 如果發(fā)射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。 例2 對于40W的功率，按dBm單位進行折算后的值應為： 10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。 有關增益單位的定義： 2、dBi 和dBd dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），兩者都是一個相對值， 但參
12、考基準不一樣。dBi的參考基準為全方向性天線，dBd的參考基準為偶極子，所以兩者略有不同。一般認為，表示同一個增益，用dBi表示出來比用dBd表示出來要大2. 15。 例3 對于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時，則為18.15dBi（一般忽略小數(shù)位，為18dBi）。 例4 0dBd=2.15dBi。 例5 GSM900天線增益可以為13dBd（15dBi），GSM1800天線增益可以為15dBd（17dBi)。 3、dB dB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）是說，甲的功率比乙的功率大3 dB。 例7 7/8 英寸GSM900饋線的100米傳輸損耗約為3.9dB。 例8 如果甲的功率為46dBm，乙的功率為40dBm，則可以說，甲比乙大6 dB。 例9 如果甲天線為12dBd，乙天線為14dBd，可以說甲比乙小2 dB。
HFSS天線設計有限元方法
