HFSS使用指南

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软件界面介绍

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一、初始设置

1.创建工程：File–>New，File–>Save

2.点击工具栏，进入HFSS设计界面

3.设置模型计算模式：HFSS–>Solution Type

4.基础设置，比如基本单位：Tools–>Options–>General Options–>Default Units

二、设计天线（微带）

1.添加变量：

HFSS–>Design Properties(设计属性)，参照设计图，逐个变量添加（不要忘记单位），Add————

H=1.6mm，W0=37.26mm，W1=1.16mm，W2=2.98mm，L0=30.21mm，L1=17.45mm，L2=15mm

2.进行图形绘制

2-1 画基板：工具栏找立方体（Draw box），单击后拖动画底，再单击拖动画高，随便画一个，参数一会设置。选择左侧第二栏，操作树中新出现的Box1（即刚绘制的），双击Box1，更改属性如下：

Name:substrate
Material:FR4_epoxy(需要选择Edit，然后搜索)
Transparent:0.7

设置基板大小（将一开始定义的变量赋给立方体）：双击CreateBox，设置(更改)如下属性：

Position：-L0,-W0,0mm   #算出来的立方体绘制的起始位置
XSize：1.5*L0+L1+L2
YSize：2*W0
ZSize：H

确定后，按Ctrl+D，将图形恢复至中心位置（鼠标滚轮也可）

2-2 画辐射贴片

工具栏找矩形（Draw Rectangle），单击后拖动，再单击完成绘制

同上

更改属性如下：

Name:patch
Material:Global
color：最好金黄色(金属颜色)
Transparent:0.7

设置天线尺寸：双击CreateRectangle，设置(更改)如下属性：

Position：-L0/2,-W0/2,H
XSize：L0
YSize：W0

2-3 画传输线

工具栏找矩形（Draw Rectangle），单击后拖动，再单击完成绘制

同上

更改属性如下：

Name:TLINE
Material:Global
color：最好金黄色(金属颜色)
Transparent:0.7

设置天线尺寸：双击CreateRectangle，设置(更改)如下属性：

Position：L0/2,-W1/2,H
XSize：L1
YSize：W1

设置完可能没有在中间，是视角问题，Alt+鼠标左键

2-4 画第二根传输线

工具栏找矩形（Draw Rectangle），单击后拖动，再单击完成绘制

同上

更改属性如下：

Name:50ohm
Material:Global
color：最好金黄色(金属颜色)
Transparent:0.7

设置天线尺寸：双击CreateRectangle，设置(更改)如下属性：

Position：L0/2+L1,-W2/2,H
XSize：L2
YSize：W2

设置完可能没有在中间，是视角问题，Alt+鼠标左键

3.合并绘制的天线

按住Ctrl选中三个天线部分，选中后在工具栏找Unite，点击后完成合并

4.设置绘制出的天线为理想电场导体（设置边界条件）

在选中天线后，右键，选择Assign Boundary–>Perfect E

5.绘制空气腔（边界）

理论无限远也有电场，但软件算不出来，设个边界

工具栏找立方体（Draw box），单击后拖动画底，再单击拖动画高

更改属性如下：

Name:airBox
Material:vacuum
color：浅绿
Transparent:0.8

设置空气腔尺寸：双击CreateRectangle，设置(更改)如下属性：

Position：-L0/2-30mm,-W0/2-30mm,0
XSize：L0+L1+L2+30mm
YSize：W0+60mm
ZSize：H+30mm

设置完可能没有在中间，是视角问题，Alt+鼠标左键

6.设置绘制出的空气腔为辐射边界（设置边界条件）

在选中airBox后，右键，选择Assign Boundary–>Radiation，默认即可

按住滚轮旋转模型到底面，在基板上右键选择Select Faces，然后再右键底面设置为PerfectE

7.增加一个端口

电磁波要从端口传送进来

先选择工具栏中的Drawing plane(绘制平面)选项为YZ（原来是XY）。工具栏找矩形（Draw Rectangle），单击后拖动，再单击完成绘制

更改属性如下：

Name:port1
Material:Global
color：砖红（与其他颜色区分开即可）
Transparent:0.5

设置端口大小：双击CreateRectangle，设置(更改)如下属性：

Position：L0/2+L1+L2,-4*W2,0mm
YSize：8*W2
ZSize：8*H

右键画完的端口，选择Assign Excitation(分配端口激励)下的Wave Port（波形端口），前两步默认即可，第三步Port Renormalization（端口重新规范化）选Renormalize All Modes设为50ohm

ohm：欧姆

建模到此完成

三、分析

回到最左侧工程目录处，选择Analysis，右键，选择Add Solution Setup（增加解析设置）。在General标签下，更改Solution Frequency（求解频率）为2.45GHz，更改Maximum Number of（最大迭代次数）为20；Maximum Delta S（收敛误差）为0.02

在新添加的Analysis下的Setup1上右键选择 Add Frequency Sweep（添加频率扫描）。在General标签下，更改Sweep Type ：Fast ，Start：1.5GHz，Stop：3.5GHz，Step Size：0.01GHz。点击Display，右侧会生成一串连续的数字，在后续分析中，会逐个频率求解，并将结果体现在曲线图中

选择工具栏一个绿色的对号，查看是否有未设置好的变量，有个警告是Boundaries and Excitations，是指基板和空气腔PerfectE重合了，计算时会默认忽略一个，所以不必处理。注意区分警告与报错，警告不一定会影响结果，但是报错注定算不出来。

选择对号旁边的叹号，开始分析

四、查看分析结果

回到最左侧工程目录处，选择Results，右键，选择Create Modal Solution Data Report（创建模式解决方案数据报表）——>Rectangular Stacked Plot(直角坐标系)—–>Trace(轨迹)

Category（种类）：S Parameter

Function（函数）：dB

选择New Report

观察，在图像的线上右键，选择Marker——>Add Marker，在最低点做标记，观察图像左上角数值dB=-18,因为我们设定的天线的工作频率为2.45GHz，在2.45GHz处做个标记，值为-0.几，因此发生偏移，偏移至了2.15GHz，因此需要优化

五、优化L0

回到最左侧工程目录处，选择Optimetrics，右键，选择Add—>Parametric(参数)，在Sweep Definitions标签下，选择Add，选择Variable值为L0（因为天线工作频率跟天线长度L0有关）

Start：27mm

Stop：30mm

Step：1mm

点击中间的Add，然后OK

选择刚创建的优化参数ParametricSetup1，右键选择分析Analyze

分析结束后，再次生成新的坐标图

回到最左侧工程目录处，选择Results，右键，选择Create Modal Solution Data Report（创建模式解决方案数据报表）——>Rectangular Stacked Plot(直角坐标系)—–>Families，选择将刚才测试出的L0，点击Edit列中的 … 发现优化时设置的值全部出现，此时再添加报表，会将L0这几个值对应的曲线都体现在同一个图像中

找到极值点离2.45GHz最近的曲线，单击它，图像右上角观察发现是L0=28mm对应的曲线，因此28mm的天线尺寸才是最接近我们设计目标的，接下来更正原L0的值

六、修改原值

在菜单栏，HFSS–>Design Properties，将L0值改为28mm，点击确定

七、优化W1

回到最左侧工程目录处，选择Optimetrics，右键，选择Add—>Parametric(参数)，在Sweep Definitions标签下，选择Add，选择Variable值为W1（因为天线工作频率还跟1/4波长阻抗转换器的宽度W1有关，宽度不同阻抗不同）

Start:0.9mm

Stop:1.4mm

Step:0.1mm

点击中间的Add，然后OK

选择刚创建的优化参数ParametricSetup2，右键选择分析Analyze

分析结束后，再次生成新的坐标图

回到最左侧工程目录处，选择Results，右键，选择Create Modal Solution Data Report（创建模式解决方案数据报表）——>Rectangular Stacked Plot(直角坐标系)—–>Families，选择将刚才测试出的W1 ，点击Edit列中的 … 发现优化时设置的值全部出现，此时再添加报表，会将W1这几个值对应的曲线都体现在同一个图像中,因为只测试W1，所以需要控制L0为28mm（刚测出来的），观察图像，因为S(1,1)系数越小越好，所以选中最低点那条线，(看不出来可以用滚轮放大)，发现是W1=1mm时，要比所有值都小，因此此时最为合适

八、修改原值

在菜单栏，HFSS–>Design Properties，将W1值改为1mm，点击确定

九、再次以相同频率分析

回到最左侧工程目录处，选择Analysis在新添加的Analysis下的Setup1上右键，选择Analyze

十、生成最终直角坐标系图像

回到最左侧工程目录处，选择Results，右键，选择Create Modal Solution Data Report（创建模式解决方案数据报表）——>Rectangular Stacked Plot(直角坐标系)—–>Families，将W1，L0设置为刚才测试好的最优解 ，此时再添加报表，图像上只有一条曲线