微波仿真论坛AnsoftHFSS培训教程教学教材.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。微波仿真论坛AnsoftHFSS培训教程-第二章创建项目本章中你的目标是：保存一个新项目。把一个新的HFSS设计加到已建的项目为项目选择一种求解方式设置设计使用的长度单位时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。一.打开HFSS并保存一个新项目双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。启动后的程序工作环境如图：图21HFSS工作界面1打开File选项(alt+F),单击Saveas。2找到合适的目录，键入项目名hfopt_ismantenna。图22保存HFSS项目二.加入一个新的HFSS设计在P

2、roject菜单，点击insertHFSSDesign选项。(或直接点击图标。)一个新的工程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSModeln。图23加入新的HFSS设计为设计重命名。在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设计重命名为hfopt_ismantenna。图24更改设计名三.选择一种求解方式1 在HFSS菜单上，点击SolutionType选项.选择源激励方式，在SolutionType对话框中选中DrivenMode项。图25选择求解类型图26选择源激励方式四.设置设计使用的长度单位1. 在3DModeler菜单上，点

3、击Units选项.选择长度单位，在SetModelUnits对话框中选中mm项。图25选择长度单位图26选择mm作为长度单位第三章构造模型本章中你的目标是：建立物理模型。设置变量。设置模型材料参数设置边界条件和激励源设置求解条件时间：完成这章的内容总共大约要35分钟。一.建立物理模型1 画长方体。在Draw菜单中，点击Box选项（或直接点击图标）；图31通过菜单加入一个Box2 输入参数。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐标为(x=-22.5mm,y=-22.5mm,z=0.0mm);按下Enter键后输入三边长度：x方向45mm,y方向45mm,z方向5mm。

4、注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。3 图32输入长方体的几何尺寸设置长方体属性如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出长方体属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个长方体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个长方体命名为Substate，将其透明度设为0.8。材料在下文统一设置。设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图33设置长方体的各项属性图34绘出

5、Substate板后的视窗小技巧：按下alt键后，旋转鼠标，视图随之旋转；按下shift键后，移动鼠标，视图随之平移；4 画长方形。在Draw菜单中，点击Rectangle选项（或直接点击图标）；图35通过菜单加入一个Rectangle输入长方形参数。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方形的基坐标为(x=-45mm,y=-45mm,z=0.0mm);按下Enter键后输入三边长度：x方向90mm,y方向90mm,z方向0mm。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。图36输入长方形的几何尺寸设置长方形属性如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出长方形属性对话框。对话框的

6、Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个长方形模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个长方形命名为groundplane，将其透明度设为0.8。设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图37设置长方形的各项属性图38绘出groundplane后的视窗7.重复上述画长方形的步骤绘出长方形patch。参数如下：名称：patch长方形坐标基点坐标:X=-16mm,Y=-16mm,Z=5mm

7、;x方向(dx)=32mm,y方向(dy)=32mm,z方向(dz)=0mm。透明度：0.8图39绘出patch后的视窗8.画圆柱体在Draw菜单中，点击Cylinder选项（或直接点击图标）；图310通过菜单加入一个Cylinder9 入圆柱体参数。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标:X=0mm,Y=8mm,Z=0mm;高:5mm,半径:0.5mm;圆柱轴向为z轴.所以dx:0.5mm,dy:0mm,dz:5mm图311输入圆柱体的几何尺寸10. 设置圆柱体属性如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出圆柱体属性对话框。对话框的Command页里有我们

8、刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个圆柱体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆柱体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个圆柱体命名为feed，将其透明度设为0.8。材料在下文统一设置。设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图312设置圆柱体的各项属性图313绘出pad后的视窗11.重复上述画长方体的步骤绘出长方体air。参数如下：名称:air_box坐标基点:X=-80.0mm,Y=-80.0mm,Z=-35.0mm三边长度:X方向:16

9、0.0mm,Y方向:160.0mm,Z方向:75.0mm12 透明度：0.8同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图314绘出air_box后的视窗画圆形。在Draw菜单中，点击Circle选项（或直接点击图标）；图315通过菜单加入一个Circle13 输入圆形参数。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置圆形的圆形基坐标为(x=0mm,y=-8mm,z=0.0mm);按下Enter键后输入三边长度：x方向1.5mm,y方向0mm,z方向0mm。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。图316输入长方形的几何尺寸14 输入圆形属性。如上设置完几何尺寸后，HFSS

10、系统会自动弹出圆形属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个圆形模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个圆形命名为port，将其透明度设为0.8。设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图317设置圆形的各项属性图318绘出port后的局部视窗15 从groundplane中割去port。在操作历史树中利用ctrl键先选中groundplane,再选中port；在3D

11、Modeler菜单上，点击Boolean选项,再选择Subtract项。（或直接点击图标）注意：出现在Subtract左侧的物体是操作后保留的物体。选中Clonetoolobjectsbeforesubtract；我们只想在groudplane中裁去和port一样大小的洞，仍需要保留port。图320通过菜单进行subtract操作图321subtract对话框小技巧：点击图标可以选择显示、隐藏物体。图322挖去与port相同大小的groundplane（隐去port）16 画多边形。在Draw菜单中，点击spline选项（或直接点击图标）；图323通过菜单加入一个多边形输入多边形参数。按下T

12、ab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入第一个点的坐标为(x=0mm,y=0mm,z=0mm);按下Enter键后输入第二个点的坐标为(x=6mm,y=0mm,z=0mm);再按下Enter键后输入第三个点的坐标为(x=0mm,y=6mm,z=0mm);按下Enter键后输回第一个点的坐标为(x=0mm,y=0mm,z=0mm)。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。当所绘曲线闭合后，在绘图区点击鼠标右键，选择SetEdgeType项，再进入子菜单选择线形为Straight。再次在绘图区点击鼠标右键，选择Done项结束曲线绘制。图324输入多边形的几何尺寸参数图325设置多边形的线形后

13、结束曲线绘制17 置多边形属性如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出多边形属性对话框。在Attribute页我们可以为多边形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个长方形命名为Chamcut1，将其透明度设为0.8。设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图326设置多边形的各项属性图327绘出多边形Chamcut1后的视窗下面我们把多边形Chamcut1移到边角去。在操作历史树中选中Chamcut1；在Edit菜单上，点击Arrage选项,再选择Move项。（或直接点击图标）。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入位移矢量。位移矢

14、量起点坐标为(x=0mm,y=0mm,z=0mm);按下Enter键后输入矢量方向大小dx=-16mm,dy=-16mm,dz=5mm.注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。图328通过菜单进行Move操作图329输入多边形移动的位置矢量图329多边形移动后的位置视窗复制多边形Chamcut1，并将它移到另一个对角。在操作历史树中选中Chamcut1；在Edit菜单上，点击Duplicate选项,再选择AroundAxis项。（或直接点击图标）。图330从操作历史树选中duplicate操作，aroundAxis方式此时出现轴向选择对话框，我们将轴线设为Z轴，旋转角度180deg；我们只需复制

15、一份，连同原来的共2份，所以total设为2.图331轴向选择对话框设置图332为复制的物体改名复制的物体被自动命名为Chamcut1_1;我们将其分别命名为Chamcut2。具体方法为：在操作历史树中选中Chamcut1_1；在Attribute工作区把Name从Chamcut1_1改为Chamcut2。图333Chamcut1被复制后的视窗18 模仿以上步骤把Chamcut1,Chamcut2从Patch中割去。但这次不要选中Clonetoolobjectsbeforesubtract；因为我们想在把Patch裁去和Chamcut1,Chamcut2一样大小的角，并不需要保留Chamcut

16、1,Chamcut2。图334减去Chamcut1，Chamcut2角后的总视窗至此几何建模完成。二.设置变量1在goundplane中设置变量。在操作历史树中,点击goundplane前+号将其展开；选中CreatRectangle单击鼠标右键，点击Properties项（或直接在command窗口修改）。图335从操作历史树选中CreatRect图336在command窗口的属性表修改Position，把原来的-45,-45,0改为glaneStart,glaneStart,0；图337在goundplane的command页修改Position因为glaneStart变量从来没有定义过，

17、HFSS系统会自动跳出变量定义框。我们将glaneStart定义为-45mm。（注意：不要忘记了写单位mm）。图338定义变量glaneStart下一步修改XSize，Ysize；把原来的90mm,90mm改为glaneSize,glaneSize；定义变量glaneSize为90mm,步骤如上。图339修改完毕后的goundplane的command页2在substrate中设置变量。操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：subStart:-22.5mm;subSize:45mm;subHeight:5mm;Position:-22.5mm,-22.5mm,0mm-subStart,su

18、bStart,0mm;XSize:45mm-subSize;YSize:45mm-subSize;ZSize:5mm-subHeight.图340修改完毕后的substrate的command页2 在Patch中设置变量。操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：PatchStart:-16mm;PatchSize:32mm;Position:-16mm,-16mm,5mm-PatchStart,PatchStart,subHeight;XSize:32mm-PatchSize;YSize:32mm-PatchSize;图341修改完毕后的Patch的command页3 在feed中设置变量。

19、操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：FeedLocation:8mm;Position:0mm,8mm,0mm-0mm,FeedLocation,0mm;Height:5mm-SubHeight;图342修改完毕后的feed的command页在port中设置变量。操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：Position:0mm,8mm,0mm-0mm,FeedLocation,0mm;图343修改完毕后的port的command页4 在chamCut1中设置变量。ChamCut1在我们切割后并未消失，而是隐藏在patch的Subtract操作中；在操作历史树中,点击patch前+号将其

20、层层展开直到看到CreateLine(patchChamcut1CreatPolylineCreateLine)；用鼠标双击CreateLine后，出现线条属性修改窗口。图344展开Patch操作可以显示CreateLine项定义变量ChamSize6mm；通过修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长。原来的第二点坐标6,0,0ChamSize,0,0原来的第三点坐标0,6,00,ChamSize,05 具体做法是以此次双击三个CreateLine后，如下图修改线条属性。图345修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长修改Chamcut1的位移矢量。在操作历史树中,点击patc

21、h前+号将其层层展开直到看到Move(patchChamcut1Move)；用鼠标双击Move后，出现位移矢量属性修改窗口。6 将其中的MoveVector从-16mm16mm5mm改为patchStart,patchStart,SubHeight;图346修改Chamcut1的位移矢量建立变量之间的关系。在project工作区选择hfopt_ismantenna设计，点击鼠标右键选择DesignProperties项。图347从project工作区更改设计变量此时HFSS系统会弹出变量属性对话框；将glaneStart设为-gplaneSize/2；将subStart设为-subSize/2

22、；将PatchStart设为-patchSize/2；建立变量联系。图348建立变量联系变量设置至此结束。三.设置模型材料参数1 设置feed的材料为copper。在操作历史树中选中feed；点击鼠标右键，选择AssignMaterial项。出现材料库对话框，选择copper后点击确定。图349通过菜单进行材料分配操作图350材料库对话框2.模仿以上步骤把Substrate的材料设为Rogers4003。（提示：可用材料名在材料库中搜索）3.air已被系统默认设置为真空，无需更改。四.设置边界条件和激励源1 将air设置成辐射边界条件；2 在操作历史树中选中air,单击鼠标右键，进入Assig

23、nBoundary选项，点击Raditation选项。此时HFSS系统提示你为此边界命名，我们把此边界命名为air。图351通过菜单设置边界条件图352为边界条件命名图353设置air边界条件后的视窗将groundplane和patch设为finiteconductivity；3 在操作历史树中选中利用ctrl键同时选中groundplane和patch，单击鼠标右键，进入AssignBoundary选项，点击FiniteConductivity选项。此时HFSS系统提示你为此边界命名，使用默认设置即可。图354通过菜单设置边界条件为port设置激励源在操作历史树中选中port,单击鼠标右键，

24、进入AssignExcitation选项，点击Lumpedport选项。此时HFSS系统绘自动弹出LumpedPort:General对话框，我们将名称设为port1,其他接受系统默认值，点击“下一步”按钮,进入LumpedPort:Mode页。点击积分线(IntegrationLine)下的None选项并下拉，选择NewLine，会出现CreateLine消息框。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入起始点坐标(x=0mm,9.5mm,0mm),按下Enter键后输入激励源矢量（dx=0mm,dy=-1mm,dz=0mm）。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标图355为端口设

25、置激励类型图3561图3562图3563图3564图3565图356设置port1激励源的步骤至此边界条件和激励源已分配完毕。五.设置求解条件在Project工作区选中Analysis项，点击鼠标右键，选择AddSolutionSetup。图357在project区设置求解条件这时会系统会弹出求解设置对话框，我们把参数设为：点频为2.45GHz,最大迭带次数10，最大误差0.001图358设置求解条件在点频基础上进行扫频设定。在project工作区中点开Analysis前的“”号，选中点频设置Setup1；点击鼠标右键，选择AddSweep项。图359在project区设置扫频条件确定扫频方式

26、为Fast,起始频率为2GHz,终止频率3GHz,分为20份；保留场。图360设置扫频条件将求解的条件设好后，我们来看看HFSS的前期工作是否完成，在HFSS菜单下，点击validationcheck。（或直接点击图标）图361通过菜单进行验证操作图362通过验证再次选中Project工作区的Analysis；点击鼠标右键，选中Analyze即可开始求解。（或直接点击图标）图363对问题进行分析当求解过程结束后，在MessageManager窗口会有相应的提示。第四章优化本章中你的目标是：Parametric求解。优化求解时间：完成这章的内容总共大约要20分钟。一.Parametric求解1选

27、择Project工作区的Optimetrics,点击鼠标右键，选择Add项进而选择Parametric项。或直接点击图标。图41在project工作区设置Parametric此时HFSS系统会弹出变量扫频对话框。图42添加Parametric变量2点击Add按钮，我们来添加ChameSize和PatchSize两个变量。首先点击Variable向下三角选择ChamSize，接着选中Linearcount（线性变化）；Start设为5mm,Stop设为7mm；Count为3;最后点击Add按钮添加变量。同样选中PatchSize;接着选中Linearcount（线性变化）；Start设为31mm

28、,Stop设为33mm；Count为3。最后点击Add按钮添加变量。点击OK后返回。图43添加ChameSize变量图44添加PatchSize变量3点击Table页，这里显示了我们刚才设置变量的9种组合选择。图45变量的组合选择4下面我们来定义几个输出变量。点击Calulations页，点击Add按钮，选择Solution为Setup:LastAdaptive；点击itCalculation按钮。图46Calulations页的操作此时出现OutputVariables对话框；在Name项填入S11mag；在ReportType项选择ModelSParameter；solution项选择Se

29、tup:LastAdaptive；Category选择SParameter,Quantity选择S(port1,port1),Function选择mag。点击InsertquantityIntoExpression把以上所选加入表达式。最后点击Add完成加入变量的操作。图47加入输出变量S11mag同样操作加入输出变量AxiaRatio和cost。他们的设置如下：AxiaRatio：Name项填入AxiaRatio；在ReportType项选择FarFields；solution项选择Setup:LastAdaptive；Category选择AxiaRatio,Quantity选择AxiaRa

30、tioValue,Function选择。点击InsertquantityIntoExpression把以上所选加入表达式。cost：Name项填入cost；在ReportType项选择FarFields；solution项选择Setup:LastAdaptive；Category选择AxiaRatio,Quantity选择AxiaRatioValue,Function选择。点击InsertquantityIntoExpression把以上所选加入表达式,并在已经得到的表达式前加入运算号”10”；最终表达式为10*log(AxialRatioValue)；最后点击Done后返回。图48加入输出变

31、量AxiaRatio图49加入输出变量cost在Calculation项选择S11mag后点击确定返回。图410选择S11mag作为输出变量5在Project工作区选择ParametricSetup1,点击鼠标右键选择Analyze求解。图411求解6在Project工作区选择ParametricSetup1,点击鼠标右键选择ViewAnalysisResult查看求得的结果。图412查看求解结果图413求解结果（图形解）图414求解结果（表格解）二.优化求解1首先我们定义几个优化变量及其范围。在project工作区选择hfopt_ismantenna设计，点击鼠标右键选择DesignProp

32、erties项。图415从project工作区更改优化变量此时HFSS系统会弹出变量属性对话框；选择Optimization.在PatchSize右的Include打上勾，并设其最小值为30mm,最大值为30.5mm；同样设置ChamSize设其最小值为5mm,最大值为5.5mm。2 图416设置优化变量设一个远区辐射场。在project工作区选择Radiation，点击鼠标右键选择InsertFarFieldSetup项,选择infiniteSphere。图417设置远区辐射场此时会弹出辐射场特性对话框，我们主要关心Phi=0,Theta=0的情况。所以把接Phi的Stop设为0deg;Th

33、eta的Stop设为0deg图418远区辐射场属性对话框3 设置优化函数。选择Project工作区的Optimetrics,点击鼠标右键，选择Add项进而选择optimization项。或直接点击图标。图419在project工作区设置optimization此时HFSS系统会弹出optimization设置对话框。图420optimization设置对话框点击add按钮，添加一个优化函数。选择Solution为Setup1:LastAdptive;calculation为cost.图421选择cost为优化函数设置Goal为0,0;(目标函数趋近值)Weight（权值）为1,1；Max.No

34、.of(最大迭代步数)为100；Acceptable(可接受误差):0.01。图422设置优化目标点击Viariables页，点击Advanced按钮，将ChamSize和PatchSize的初始点为5.1mm,30.1mm。图423改变变量的初始点在Project工作区选择OptimizationSetup1,点击鼠标右键选择Analyze求解。图424求解5 查看结果。在Project工作区选择OptimizationSetup1,点击鼠标右键选择ViewAnalysisResult查看求得的结果。由下图可知当ChamSize=5.25669395451196mm;PatchSize=30.1540923411285mm时cost（轴比趋于1）达到要求，此时点击apply键即可改变原结构，实现优化。图425查看求解结果-