HFSSV天线仿真基本操作指南

精心整理HFSSv13.0高频仿真软件操作指南目录第一章创建工程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AddSolutionSetup二、确认设置并分析ValidationCheckAnalyzeAll第五章查看结果Results一、3D极化图（3DPolarPlot）二、3D直角图（3DRectangularPlot）三、辐射方向图（RadiationPattern）四、驻波比(VSWR)五、矩阵数据(MatrixDate)精心整理第一章创建工程一、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：Projectn。由主菜单选File>Saveas,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ValidationCheck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>InsertHFSSDesign或点击图标，(大口径的由主菜单选Project>InsertHFSS-IEDesign)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>SolutionType（求解类型），选择DrivenModel或DrivenTerminal（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DrivenTerminal，DrivenModel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DrivenTerminal分析。4、设置单位由主菜单选Modeler>Units，在SetModelUnits对话窗中选择合适的单位。精心整理第二章创建模型一、绘制常见规则形状由主菜单选Draw>Rectangle(orEllipse，Circle，Boxandsoon)，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b.若想取消所选画图操作，按下3D绘图区点击鼠标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，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。RegularPolygon(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Segmentnumber对话窗设置多边数，完成。Box(长方体)：首先输入基坐标(x，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)RegularPolyhedron(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Segmentnumber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(dx1，0，0)，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。精心整理二、常用操作1、选定操作切换在绘图区域右击，上部分出现SelectObjects、SelectFaces、SelectEdges、SelectVertices、SelectMulti，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Edit>Select>ByName(对于Objects和Faces)，或者选择Edit>Select>ByVariable(对于Edges、Vertices和Multi)进行选择。2、坐标偏移在菜单中选择Modeler>CoordinateSystem>Create>RelativeCS>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Modeler>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——SplitPlane选XY，KeepFragment选NegativeSide(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。)Splitobjects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)4、复制粘贴操作选定所要复制的部分——右击选择中增加一个模型标签Horn1(假设复制Edit>Copy——在绘图区右击选择Edit>Paste，则在绘图树的是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。精心整理5、材料设置在上侧快捷图标栏如上部分，点击下拉菜单——选择Select，弹出SelectDefinition窗口——选择所需的材料。vacuum出现此设置完毕后所绘制的固体均为所设置的次改变此设置。6、基于方程的曲线材料，直到再在主菜单选择Draw>EquationBasedCurve，则出现EquationBasedCurve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>AroundAxis，旋转扫描，弹出SweepAroundAxis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*_t^2+b，Start_t、End_t及Points据具体情况未定，然后对此抛物线做物面。若要绘制固体的，对两条抛物线SweepAroundAxis操作，即可得到抛做此操作即可。(2)选定所要旋转的曲线——在Draw>Sweep>AlongVector——输入主菜单选择(X，Y，Z)及(dX，dY，dZ)得平移向量——弹出SweepAlongVector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。精心整理三、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的两面)，选择Modeler>Surface>Connect，则生成如下图所示创建空气腔波端口的平面要与腔壁重合，切勿让波端口包含于3抛物面天线：见“常用操作”中的“Sweep扫描操作”。和Aperture的喇叭。注：空气腔内。精心整理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ModelerDesignTree史树)，上面是Solids部分，下面是Sheets部分，此时，均未定义材料特性。如这样的图标是每个模型的名称，窗口(绘图历每单个模型在创建时已经命名(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AssignMaterial(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)，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ModelerDesignTree的Solids部分。精心整理对于Sheets：选定图形名称图标，右键选AssignBoundary>FiniteConductivity(orlayerimpedanceandsoon)，(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FiniteCond1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AssignBoundary>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AssignExcitation>LumpedPort(orWavePort)，点击“下一步”，若辐射端口不为所选平面的全部，则在IntegrationLine项目中点击None出现下拉菜单，选择NewLine画出激励平面的积分线，或者用(x，y，z)和(dx，dy，dz)坐标输入得到积分线，点击“下一步”，取默认值，点击“完成”退出激励设置。精心整理四、特定边界设置以波导直立的四面为例：键，选SelectFaces，利用Ctrl个直立面，点右键选在绘图区点右键，依次选择4AssignBoundary>PerfectE，(理想导体边界条件)在弹出的窗口点确定，WgAntenna>Boundary节点下(假设所建工程名为则在工程树的添加PerfE1项WgAntenna)。注意：a、如果在选定目外围有腔体包围，为了选定目标面时，目标面标面，需使用可见性功能，有主菜单View/ActiveViewVisibility，在3DModeler,去掉哪一项的勾，图中不显示。处理完，再同样操作，打勾即可；位置的面的选择。弹出对话窗的则这一项在3Db、选定目标面时，可以通过旋转模型实现对不同五、HFSSdesign与HFSS-IEdesign的关联在模型上，不选任何物体，右键鼠标选AssignExcitation/IncidentWave/NearFieldWave，⋯弹出SetupLink窗口。精心整理选择本工程，软件自动将HFSSdesign中的馈源模型添加到HFSS-IEdesign中，点击“确定”，弹出IncidentWaveSource：GeneralData窗口，任意填写一个名称，点击“下一步”，弹出IncidentWaveSource：NearFieldWaveOptions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AddSolutionSetup，弹出SolutionSetup对话窗口(右图所示)，在General窗口中取所需输入频率“xGHz”，所需收敛迭代最大步数“n（”MaximumNumberofPasses），在Options窗口中选取精心整理MinimumNumberofPasses、MinimumConvergedPasses、Maximumrefinementperpass、OrderofBasis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,802.112.G/802.115G等)，低频段可取MaximumDeltaS＝0.02,高频段取MaximumDeltaS＝0.01，MinimumPasses6,Maximumpasses16(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），MinimumConvergedPasses2（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MaximumRefinementPerPass，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。精心整理选定工程管理窗口中的Analysis下的Setup1，点击右键选择AddFrequencySweep（添加扫频），选择SweepType为Fast(orDiscrete、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）。精心整理二、确认设置并分析由主菜单选HFSS/ValidationCheck,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/AnalyzeAll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。精心整理第五章查看结果一、3D极化图（3DPolarPlot）（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InsertFarFieldSetup/InfiniteSphere，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Stepsize，点击“确定”退出。选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择Create?FarFieldsReport/3DPolarPlot，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xGHz，Category选Gain，Quantity选GainTotal，Function选dB，点击NewReport，点击Close退出。生成图形如图所示。精心整理二、3D直角图（3DRectangularPlot）（远场为例）选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择Create?FarFieldsReport/3DRectangularPlot，按OK确定，后面操作与3DPolarPlot的操作类似。生成图形如下图所示。精心整理三、辐射方向图（RadiationPattern）（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InsertFarFieldSetup/InfiniteSphere，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Stepsize（此时通过选定特殊的值，可将辐射表面设置为平面，如：Phi是0~360deg，步长360deg；Theta是0~180，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?FarFieldsReport/RadiationPattern，按OK确定，后面操作与3DPolarPlot的操作类似。生成图形如下图所示。注：同理，在Create?FarFieldsReport选项里，还有RectangularPlot、RectangularStackedPlot、DataTable、RectangularContourPlot，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3DPolarPlot方向图。精心整理四、驻波比(VSWR)选定工程管理窗口中的Results，点击右键选择CreateQuickReport，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ModifyReport，将Function改为dB，点击ApplyTrace，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QuickReport对话框里，可以选择其他特性图，如Lambda、Passivity、PortZo、SParameter等等。选择其他特性图后，操作与VSWR操作类似。精心整理五、矩阵数据(MatrixDate)在工程树中的WgAntenna/Ana-lysis/Setup1项上点MatrixDate标签页显示结果，如下图矩阵和Y矩阵结果，还可以勾选Z0、Close关闭。(假设所建工程名为右键，选择所示，图中为S等参数，点WgAntenna)