hfss

hfss簡介

　　經(jīng)過二十多年的發(fā)展，HFSS以其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、傳播、通信等多個領(lǐng)域，幫助工程師們高效地設(shè)計各種高頻結(jié)構(gòu)和程序，包括：射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結(jié)構(gòu)、電真空器件，研究目標(biāo)特性和系統(tǒng)/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設(shè)計成本和素材，減少設(shè)計周期，增強(qiáng)競爭力。

　　HFSS – High Frequency Structure Simulator，Ansoft公司推出的三維電磁仿真軟件，目前已被ANSYS公司收購;是世界上第一個商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件，業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場設(shè)計和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HFSS提供了一簡潔直觀的用戶設(shè)計界面、精確自適應(yīng)的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場。HFSS軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計功能，它可以計算天線參量，如增益、方向性、遠(yuǎn)場方向圖剖面、遠(yuǎn)場3D圖和3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場分量、圓極化場分量、Ludwig第三定義場分量和軸比。使用HFSS，可以計算：① 基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題，近遠(yuǎn)場輻射問題；② 端口特征阻抗和傳輸常數(shù)；③ S參數(shù)和相應(yīng)端口阻抗的歸一化S參數(shù)；④ 結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer構(gòu)成的Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級的快速而精確的設(shè)計手段，覆蓋了高頻設(shè)計的所有環(huán)節(jié)。

hfss百科

　　經(jīng)過二十多年的發(fā)展，HFSS以其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、傳播、通信等多個領(lǐng)域，幫助工程師們高效地設(shè)計各種高頻結(jié)構(gòu)和程序，包括：射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結(jié)構(gòu)、電真空器件，研究目標(biāo)特性和系統(tǒng)/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設(shè)計成本和素材，減少設(shè)計周期，增強(qiáng)競爭力。

　　HFSS – High Frequency Structure Simulator，Ansoft公司推出的三維電磁仿真軟件，目前已被ANSYS公司收購;是世界上第一個商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件，業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場設(shè)計和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HFSS提供了一簡潔直觀的用戶設(shè)計界面、精確自適應(yīng)的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場。HFSS軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計功能，它可以計算天線參量，如增益、方向性、遠(yuǎn)場方向圖剖面、遠(yuǎn)場3D圖和3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場分量、圓極化場分量、Ludwig第三定義場分量和軸比。使用HFSS，可以計算：① 基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題，近遠(yuǎn)場輻射問題；② 端口特征阻抗和傳輸常數(shù)；③ S參數(shù)和相應(yīng)端口阻抗的歸一化S參數(shù)；④ 結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer構(gòu)成的Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級的快速而精確的設(shè)計手段，覆蓋了高頻設(shè)計的所有環(huán)節(jié)。

　　HFSS是當(dāng)今天線設(shè)計最流行的設(shè)計軟件。

　　微波器

　　HFSS能夠快速精確地計算各種射頻/微波部件的電磁特性，得到S參數(shù)、傳播特性、高功率擊穿特性，優(yōu)化部件的性能指標(biāo)，并進(jìn)行容差分析，幫助工程師們快速完成設(shè)計并把握各類器件的電磁特性，包括：波導(dǎo)器件、濾波器、轉(zhuǎn)換器、耦合器、功率分配/合成器，鐵氧體環(huán)行器和隔離器、腔體等。

　　電真空器

　　在電真空器件如行波管、速調(diào)管、回旋管設(shè)計中，HFSS本征模式求解器結(jié)合周期性邊界條件，能夠準(zhǔn)確地仿真器件的色散特性，得到歸一化相速與頻率關(guān)系，以及結(jié)構(gòu)中的電磁場分布，包括H場和E場，為這類器件的設(shè)計提供了強(qiáng)有力的設(shè)計手段。

　　天線、天線罩及天線陣設(shè)計仿真

　　HFSS可為天線及其系統(tǒng)設(shè)計提供全面的仿真功能，精確仿真計算天線的各種性能，包括二維、三維遠(yuǎn)場/近場輻射方向圖、天線增益、軸比、半功率波瓣寬度、內(nèi)部電磁場分布、天線阻抗、電壓駐波比、S參數(shù)等。

　　目標(biāo)特性研究和RCS仿真

　　高速互連結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　隨著頻率的不斷提高和信息傳輸速度的不斷提高，互連結(jié)構(gòu)的寄生效應(yīng)對整個系統(tǒng)的性能影響已經(jīng)成為制約設(shè)計成功的關(guān)鍵因素。MMIC、RFIC、或高速數(shù)字系統(tǒng)需要精確的互聯(lián)結(jié)構(gòu)特性分析參數(shù)抽取、HFSS能夠自動和精確地提取高速互聯(lián)結(jié)構(gòu)、片上無源不見及版圖寄生效應(yīng)。

　　光電器件仿真設(shè)計

　　HFSS的應(yīng)用頻率能夠達(dá)到光波波段、精確仿真光電器件的特性。

　　如何學(xué)好HFSS

　　這個也是大家在學(xué)習(xí)HFSS之前比較關(guān)心的問題，HFSS是一款專業(yè)性很強(qiáng)的軟件，因此肯定不會像word之類的常用軟件一樣拿到手就會用，需要具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識。用戶在學(xué)習(xí)之前需要了解的基礎(chǔ)知識包括：基礎(chǔ)微波技術(shù)知識、電磁場基本理論、S參數(shù)相關(guān)知識等。

　　當(dāng)然，個人認(rèn)為大家既然希望學(xué)習(xí)HFSS，肯定都是打算用來設(shè)計分析某一類問題，比如你是打算學(xué)習(xí)HFSS用于設(shè)計濾波器，那么濾波器的基礎(chǔ)知識你應(yīng)該掌握了；或者你是打算學(xué)習(xí)HFSS用于設(shè)計天線，那么天線的基礎(chǔ)知識你應(yīng)該掌握了。這也就足夠了，不用再去為學(xué)習(xí)哪些基礎(chǔ)知識而煩惱，打開HFSS，大膽地用起來，所謂實(shí)踐出真知，在用的過程中發(fā)現(xiàn)某些操作或設(shè)置自己搞不明白，此時再有針對性地去看相關(guān)基礎(chǔ)知識，效果會更好。如果為了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識而學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，常常是太多東西要學(xué)，不知從哪里入手了。借用耐克的一句廣告用語：“Just do it！”

　　還有一個問題，既然HFSS使用有限元算法（FEM），那么用戶在使用HFSS之前是否需要專門去學(xué)習(xí)有限元算法的知識呢？我的意見是可以不用去學(xué)習(xí)，HFSS是把算法完全封裝起來的，用戶界面完全接觸不到，需要用戶做的只是設(shè)置幾個相關(guān)的參數(shù)，然后剩下的完全由軟件自動完成。當(dāng)然，學(xué)習(xí)過程中，用戶可以花1~2個小時的時間簡單看一下電磁有限元算法是怎么回事，這樣可以有助于理解HFSS的求解設(shè)置項中一些相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

　　現(xiàn)在的HFSS采用標(biāo)準(zhǔn)的Windows圖形用戶界面，界面還是相當(dāng)友好的，學(xué)習(xí)起來也不會太難。學(xué)習(xí)HFSS，首先要搞清楚HFSS的設(shè)計分析流程，HFSS設(shè)計流程可以歸納為：選擇求解類型→創(chuàng)建設(shè)計模型→分配邊界條件和端口激勵→求解設(shè)置→運(yùn)行仿真分析→數(shù)據(jù)后處理查看分析結(jié)果。另外在HFSS中還有一個Optimetrics模塊，使用該模塊可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化掃描分析和優(yōu)化設(shè)計。

　　在剛開始學(xué)習(xí)時，大家可以先找一個例子，照貓畫虎跟著做兩遍；或者找一套完整的視頻課程，從頭到尾看一遍；這個過程，有不懂的地方?jīng)]關(guān)系，不懂的問題放一邊，堅持看完。剛開始的這一過程的目標(biāo)是對HFSS建立一個總體的認(rèn)知并對HFSS設(shè)計流程建立簡單的了解。

　　對HFSS有了總體認(rèn)知和簡單地了解了HFSS的整個設(shè)計流程后，接下來再去認(rèn)真地學(xué)習(xí)設(shè)計流程中每一步的具體操作、具體設(shè)置、并搞清楚為什么要這樣去進(jìn)行設(shè)置和操作。

　　對于求解類型，需要搞清楚Driven Modal（模式驅(qū)動求解）、Driven Terminal（終端驅(qū)動求解）和Eigen Mode（本征模求解）這三者的區(qū)別和適用條件。

　　對于創(chuàng)建設(shè)計模型，需要熟練掌握各種原型物體的創(chuàng)建、各種建模操作——如旋轉(zhuǎn)、復(fù)制、移動、布爾操作等的應(yīng)用，以及模型材質(zhì)的添加和分配等。

　　關(guān)于邊界條件和端口激勵的設(shè)置，是HFSS應(yīng)用和學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)；“邊界條件決定場”，正確地理解和使用邊界條件是正確使用HFSS仿真分析電磁問題的前提；HFSS中定義了多種邊界條件，大家在學(xué)習(xí)過程中必須認(rèn)真的弄清楚各個邊界的定義、應(yīng)用場合和如何正確使用。關(guān)于邊界條件的理解掌握和正確地設(shè)置和使用，需要一些電磁學(xué)方面的基礎(chǔ)知識。關(guān)于端口激勵的設(shè)置和使用，大家重點(diǎn)掌握波端口激勵（wave port）和集總端口激勵（lumped port）這兩種激勵類型，這是HFSS最常用到的兩種激勵類型，大家在學(xué)習(xí)是需要領(lǐng)會二者之間的異同點(diǎn)?？傊吔鐥l件和激勵是HFSS應(yīng)用中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對于初學(xué)者，需要花更多的精力搞清楚兩方面的相關(guān)知識。

　　對于求解設(shè)置，主要添加和設(shè)置求解頻率、掃頻頻率范圍、網(wǎng)格剖分操作等參數(shù)。求解頻率和掃頻頻率范圍會和實(shí)際設(shè)計相關(guān)；網(wǎng)格剖分操作會設(shè)計到有限元算法的一些基本概念，了解有限元算法的基本概念，會有助于對網(wǎng)格剖分設(shè)置參數(shù)的理解。

　　對于數(shù)據(jù)后處理部分，主要用于查看仿真分析后的各項分析結(jié)果的，學(xué)習(xí)時大家需要搞清楚HFSS具體可以查看哪些分析結(jié)果，理解每項分析結(jié)果的含義，以及如何查看相應(yīng)的分析的結(jié)果。

　　最后，關(guān)于Optimetrics模塊，它是HFSS中用于優(yōu)化設(shè)計和參數(shù)掃描分析的工具，借助于Optimetrics模塊中的各項功能可以實(shí)現(xiàn)自動分析設(shè)計模型參數(shù)的變化對設(shè)計模型性能的影響，并能夠在設(shè)計模型不滿足設(shè)計要求的情況下，找出滿足設(shè)計要求的模型參數(shù)。要使用Optimetrics模塊進(jìn)行參數(shù)掃描分析或者優(yōu)化設(shè)計，首先需要創(chuàng)建參數(shù)化的模型——即定義一系列的變量來表示模型的尺寸。所以關(guān)于該模塊使用的學(xué)習(xí)，不僅要學(xué)習(xí)參數(shù)掃描分析或優(yōu)化設(shè)計本身的相關(guān)設(shè)置和使用操作，還需要學(xué)習(xí)變量的定義和使用，以及參數(shù)化模型的創(chuàng)建。