HFSS-IE反射面仿真
CH2 HFSS仿真原理与使用方法
求函数u→求系数a 连续→离散 函数→代数 (2)加权残数法：。
0, i j ui , u j 0, i j
u, v u vdV
V
函数通过内积形成泛函，即从矢量 函数空间到标量函数空间的映射。
1 Lu g, 2 Bu q
u近似解：u aiui
注意：HFSS的背景通常 默认为理想导体
2.2 HFSS仿真类型与过程
The four solution types：
Using HFSS, select type of solution needs to calculate： 1. Driven Modal: S-matrix of incident and reflected powers of WG modes. 2. Driven Terminal: S-matrix of terminal voltages and currents. 3. Eigen-mode: resonant frequency and fields at a particular resonance. 4. Transient: Calculating problems in the time domain.
四、HFSS 边界条件
激励设置在端口（Port）处； HFSS有8中激励形式； 选择合适的激励； 常用波端口激励。
六、HFSS 材料设置
3. HFSS的场求解
N 1 2 E k0 r E 0 E aiWi 注：四面体元内ai不为零 i 1 r 权函数 W j 1 2 E k0 rW j E dV 0, j 1, 2,..., N V W j 作内积 r
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略实现射频带通滤波器有多种方法，如微带、腔体等。
腔体滤波器具有Q值高、低插损和高选择性等特点，但存在成本较高、不易调试的缺点，并不太适合项目要求。
而微带滤波器具有结构紧凑、易于实现、独特的选频特性等优点，因而在微波集成电路中获得广泛应用。
常用的微带带通滤波器有平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、1/4波长短路短截线滤波器、交指滤波器等形式以及微带线的EBG (电磁带隙)、DGS(缺陷地结构)等新结构形式。
而平行耦合微带带通滤波器具有体积小、重量轻、易于实现等优点。
01平行耦合带通滤波器的基本原理平行耦合带通滤波器是一种分布参数滤波器滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，其具有重量轻、结构紧凑、价格低、可靠性高、性能稳定等优点，因此在微波集成电路集成电路的供应商中，它是一种被广为应用的带通滤波器。
滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内的频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。
微波带通滤波器在无线通信系统通信系统中起着至关重要的作用，尤其是在接收机前端。
滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏，它不仅起到频带和信道选择的作用，而且还能滤除谐波，抑制杂散。
02平行耦合带通滤波器结构与模型的创建平行耦合带通滤波器原理平行耦合单元由两根相互平行且有一定间距的微带线组成，其结构图包括介质层、接地层和微带线如图 3.3 所示。
图中每根微带线的宽度和厚度分别为为W 和t；两根微带线的间距为S；介质层厚度和介电常数分别为h 和Er。
两根微带线通过接底层产生了耦合效应，随之产生了奇模和偶模特征阻抗。
平行耦合带通滤波器通过级联平行耦合线元件得到。
平行耦合带通滤波器的相对带宽BW 与中心频率、上边频和下边频有关，而奇模和偶模特征阻抗由低通滤波器参数g、滤波器输入输出端口特征阻抗Zo和耦合单元组成。
可由以下公式得到：平行耦合带通滤波器参数计算与设计本节中所设计的平行耦合带通滤波器指标如下表所示：根据表中滤波器指标，选择0.1dB纹波的切比雪夫滤波器来设计，阶数为5阶。
HFSS仿真实验报告样例
.《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。
二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。
天线各部分结构尺寸的初始值见表1。
图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。
表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。
批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。
三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。
2、创建介质层。
创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。
3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。
2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。
画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。
3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。
4）合并生成完整的金属片模型。
4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。
2）创建矩形面 Rectangle1。
3）创建三角形 polyline2。
4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。
5、设置边界条件1）分配理想导体。
2）设置辐射边界条件，材质设为 air。
6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。
7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。
HFSS仿真教程-专业低通的仿真
在第一节的单腔仿真学习中我们得到了一个单腔的 两个谐振频率。 其中 f1=0.90344GHz， f2=4.6452GHz 计算值f2为仿真的高次模。
实际测试时发现在仿真的高次模f2=4.64GHz之前约200-300MHz处出现谐 波，即在4.3GHz处出现谐波。
我们来结合客户的规格书中的要求：
（14-2）设置优化
右击工程窗口的“Optimetrics”选项，选择“Add”-“Optimizaion…”。 在弹出的对话框中点击“Add”按钮，再点击“Calculation”按钮。
第一步：电路仿真
（14-3）设置优化
在弹出的对话框中选择 “S11”和“dB”，点 击“Insert Quantity Into Expression”按 钮，再在“name”栏输 入变量名字“mm1”。 同样的方法输入变量 “mm2”为“dB(S21).
第二步：电磁仿真
（2）在HFSS中建立低通模型，按照下表的参数设置建立圆柱体1-7，再将 七个圆柱体联合成一个模型“Cylinder1”。设置其材料为“PEC”
Axis Cylinder1 0，0，0
Radius R0
Height 7mm
说明 低通两端50欧姆传输线
Cylinder2
Cylinder3 Cylinder4 Cylinder5 Cylinder6 Cylinder7
为了更清晰的说明低通的仿真过程，我用一个五级的低通来 进行演示。
第一步：电路仿真
（1）运行Ansoft Designer软件 （2）点击插入电路设计“Insert Circuit Design”图标，见右图 （3）在出现的Layout对话框中点 击“None”，出现一个新的电路模 型图标。
hfss中ie用法
hfss中ie用法
在HFSS中，"IE"是指Integral Equation（积分方程）的缩写。
IE方法是一种求解电磁问题的数值方法，它将Maxwell方程
组转化为积分方程，并利用数值方法求解。
IE方法在HFSS中的使用主要包括以下几个方面：
1. 创建模型：首先需要创建几何模型，可以通过绘制几何体、导入CAD文件等方式。
然后，使用IE方法对模型进行网格划分，将模型离散化为小单元。
2. 定义材料：对于模型中的不同区域，可以定义不同的材料属性。
这些材料属性将影响场的传播和反射等行为。
3. 设置求解器：在HFSS中，可以选择IE求解器进行求解。
选择IE求解器后，需要设置求解器的相关参数，如误差容限、最大迭代次数等。
4. 定义边界条件：在IE方法中，需要定义边界条件来描述场
在边界上的行为。
边界条件可以是电场电压、磁场磁感应强度等。
5. 设置激励：在HFSS中，可以选择不同的激励方法对模型进
行激励。
激励可以是电流源、电压源等。
需要设置激励的位置、大小等参数。
6. 运行求解器：设置完模型、材料、边界条件和激励后，可以
运行求解器进行求解。
HFSS会使用IE方法进行求解，得到场的分布和参数的计算结果。
总结起来，IE方法是在HFSS中用来求解电磁问题的一种数值方法。
通过设置模型、材料、边界条件和激励等参数，然后运行求解器进行求解，可以得到电场、磁场和参数的计算结果。
HFSSV天线仿真基本操作指南
HFSS 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Add Solution Setup二、确认设置并分析Validation Check Analyze All第五章查看结果 Results一、3D极化图（3D Polar Plot）二、3D直角图（3D Rectangular Plot）三、辐射方向图（Radiation Pattern）四、驻波比(VSWR)五、矩阵数据(Matrix Date)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：Project n 。
由主菜单选File > Save as,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Validation Check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 > Insert HFSS Design 或点击图标，(大口径的由主菜单选Project > Insert HFSS-IE Design)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 > Solution Type（求解类型），选择Driven Model或Driven Terminal（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，Driven Model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Driven Terminal分析。
hfss仿真实验报告
hfss仿真实验报告HFSS仿真实验报告引言：HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一款电磁仿真软件，广泛应用于高频电磁场分析和设计。
本篇报告将介绍一次使用HFSS进行的仿真实验，并对实验结果进行分析和讨论。
实验目的：本次实验的目的是通过HFSS仿真软件，对一个电磁场问题进行模拟和分析，以验证其在理论上的正确性。
通过仿真实验，可以更好地理解电磁场的行为规律，并为实际应用提供参考依据。
实验步骤：1. 建立模型：根据实验需求，首先在HFSS中建立相应的电磁场模型。
模型的建立需要考虑几何形状、材料特性等因素，以确保仿真结果的准确性。
2. 设置边界条件：在模型建立完成后，需要设置边界条件，即模型与外界的交互方式。
边界条件的设置对于仿真结果的准确性至关重要，需要根据实际情况进行选择和调整。
3. 定义材料特性：根据实际材料的电磁特性，对模型中的材料进行定义和设置。
材料的特性包括介电常数、磁导率等参数，对于仿真结果的准确性起到重要作用。
4. 设定激励源：在模型中添加激励源，即对电磁场进行激励的源头。
激励源的设置需要考虑频率、功率等参数，以确保仿真结果与实际情况相符。
5. 运行仿真：完成上述设置后，即可运行仿真。
HFSS将根据模型和设置的参数，计算并输出电磁场的分布情况。
实验结果与分析：通过HFSS仿真软件进行实验后，我们得到了电磁场的分布情况。
根据仿真结果，我们可以对电磁场的特性进行分析和讨论。
首先，我们可以观察到电磁场的强度分布情况。
根据模型的不同特点，电磁场的强度在不同区域呈现出不同的分布规律。
通过分析电磁场的分布情况，可以更好地理解电磁场的行为规律，并为实际应用提供指导。
其次，我们可以通过仿真结果来评估不同材料对电磁场的影响。
在模型中，我们可以设置不同材料的特性参数，通过仿真实验来观察不同材料对电磁场的吸收、反射等影响。
这对于材料的选择和设计具有重要的参考价值。
基于HFSS的微带天线设计与仿真
N o 16 D ec1
文章编号: 167226413 (2009) 0620040203
基于H F SS 的微带天线设计与仿真
来雪梅, 王代华, 张 哲
(中北大学, 山西 太原 030051)
摘要: 针对专用冲击波测试系统中微带天线的特性要求, 利用仿真软件H FSS 建立天线模型, 并对模型进行仿 真优化, 得到了最佳的天线参数。同时为该系统设计了中心频率为214 GH z的微带天线, 采用矢量网络分析仪 对天线的各参数进行了实测, 实测结果与仿真结果吻合, 验证了设计的有效性。 关键词: 微带天线; H FSS 软件; 仿真 中图分类号: TN 82 文献标识码: A
仿真曲线吻合较好。设计的天线在2149 GH z处的反射 系数达到- 31 dB、V SW R 值为1109、输入阻抗为Z in= 471293+ 6107j , 说明了本设计的有效性。
图 6 实测的V SW R 曲线图
图 4 仿真得到的史密斯圆图
图 5 实测的反射系数曲线图
4 结论 讨论了微带天线的设计原理, 根据天线尺寸的计
的波长为125 mm。综合考虑天线设计参ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及环境适应
性要求, 最终选定介质基板厚度h= 018 mm , Εr= 414, 材料为 FR 4。 贴片和接地板材料为铜, 铜箔的厚度为
T , 其电导率为Ρ= 1157×107 s m。由式 (1) 可得: W ≤
38 mm。该值是微带天线宽度的最大值, 经过仿真、优
算公式, 分析了不同尺寸参数对微带天线的性能影响。 设计了中心频率为214 GH z的微带天线, 利用H FSS 软 件建立天线模型, 得出了天线特性的仿真曲线。 采用 矢量网络分析仪对设计的天线进行实测, 实测曲线与
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反射面天线设计新方法向胜昭ANSYS高级应用工程师天线设计指标①天线扫描方式②天线工作频率③天线增益④天线尺寸限制⑤天线重量要求⑥天线波束覆盖⑦天线副瓣电平⑧天线极化形式⑨天线驻波……决定天线采用什么样的形式具体实现反射面？反射面天线应用分类反射面天线解决方案•“高增益、低副瓣、相控阵”反射面天线•难点：–Electrically Large–High Accuracy (Low sidelobe, shelter)–High complexity(Active match, complicated shelter)Electrically Large高阶有限元＋迭代法矩阵求解器场到场链接(Data Link )混合阶网格剖分(Mixed Element Order)区域分解法(DomainDecomposition Method) 曲面共形网格剖分（Curvilinear Meshing ）…HFIE （高频积分方程法）混合全波分析PO 混合……Dish antennaSingle Cell-ADKHigh AccuracyUnit Cell-FloquetSystem-cosimulationFinite Array-HPC……High complexity------Variety of methodsHigh complexity•解决策略：–HFSS–HPC (DDM –domain decomposition method)–HFSS-IE–HFSS + HFSS-IE (Datalink)–FE-BI (Hybrid Method)–PO (Might as well add HFSS-IE)1. 反射面天线的HFSS仿真2 meter (40λ)精确可靠，快速易用•成熟可靠的有限元电磁场求解技术（适应性好，编程难度大）•自动化的共形网格生成，保持结构的细节特性•独有的自适应网格剖分•自动迭代给出满足精度要求的结果初始网格自适应加密后的网格三维高频结构全波仿真工具HFSSHFSS 1. 反射面天线HFSS仿真●6GHz solve frequency●2 meter dish (40λ)●11,280 cubic λvolume●CP circular horn feed●Ran two cases:Single 128GB, 8 core2 meter (40λ)1. 反射面天线HFSS仿真6 hours 53minutes tocompleteadaptive pass 194GB of RAMFell back to the direct solver!2. HPC仿真反射面天线2 meter (40λ)•Distributes mesh sub-domains to network of processors•Distributed memory parallel technique •Significantly increases simulation capacity–64-bit meshing•Highly scalable to large numbers of processors •Multi-processor nodes can be utilizedHPC distributes mesh subdomains to networked processors and memoryHPC for HFSSHPC 的使用123456782. HPC 仿真反射面天线•6GHz solve frequency •2 meter dish (40λ)•11,280 cubic λvolume •CP circular horn feed•Ran two cases:Seven mixed machines, 28cores, 72GB2 meter (40λ)ANSYS Test Computers Used1) 4 cores, 8GB (sjc01)2) 4 cores, 8GB (sjc02)3) 4 cores, 8GB (sjc03)4) 4 cores, 8GB (sjc05)5) 4 cores, 8GB (sjc11)6) 4 cores, 16GB (sjc09)7) 4 cores, 16GB (falcon)Total of 7 computers.28 cores, 72GB of RAM.Assembled list of standard workstations to be used for HPC2. HPC 仿真反射面天线Case II: Mixed Machines DDMSplit into 22 domains on the first pass 5 domains not used yet2. HPC 仿真反射面天线< 20 minutes to completeadaptive pass 1(21x faster than single machine)No core using more than 2GBTotal memory use is 1/3 of single machineUsing 22/27 domainsCP sourcePlotting currents2. HPC 仿真反射面天线(Pass 1)2. HPC仿真反射面天线Using 27/27 domains25 minutes to completeadaptive pass 2No core using more than 2GBCP sourcePlotting currents(Pass 2)3. 反射面天线的HFSS-IE仿真∫∫∫HFSS-IE•IE, what is it?– A 3D Method of Moments (MoM) I ntegral E quation technique•Automated results with accuracy–Effective utilization of automated adaptive meshing technique from HFSS –Employs A daptive C ross A pproximation (ACA) technique for larger simulation –Implemented as a new design type in the HFSS desktop•Utilization of results from HFSS as a linked source–Link can include effects of backwards scattering to the source geometry3. 反射面天线HFSS-IE仿真Cavity backed dipole sourceParabolic dish parameterized such that the focus is always at the originPEC support struts, parameterized to change along with the parabolic dishPhase center of the source is set at the focus.3. 反射面天线HFSS-IE仿真●HFSS-IE 可以使用的激励有三种:Lumped port terminalincident wave●HFSS-IE 不用设置辐射边界50λDiameter---0.25λstarting Mesh15GHz; 1meter (50λ) diameter reflector; Crossed dipole source and struts96,778 triangles 2 passes 6.06GB RAM 1 hr 23 min solve 37 min FF calc.2 hr TOTAL run time3. 反射面天线HFSS-IE 仿真Elapsed time here does not include patterncalculation time. Requested only 2D cuts for this model which reduced FF calc. time < 2 hours (not shown in profile).342,731 triangles 2 passes 24.7GB RAM13 hr 50 min solve 2 hr FF calc.16 hr TOTAL run time30GHz; 1meter (100λ) diameter reflector; Crossed dipole source and struts 3. 反射面天线HFSS-IE 仿真100λDiameter---0.25λstarting MeshCould reduce FF calc. time by only requesting 2D cuts.947,548 triangles 1 pass71.3 GB RAM26 hr 49 min solve 10 hr FF calc.37 hr TOTAL run time60GHz; 1meter (200λ) diameter reflector; Crossed dipole source and struts3. 反射面天线HFSS-IE仿真200λDiameter---0.25λstarting Mesh3. 反射面天线HFSS-IE仿真•Simulated three reflector electrical diameters:Adaptive PassesRAMSolve Time (hh:mm)FF Calc. Time (hh:mm)TOTAL Run Time(hh:mm)50λ2 6.1GB 01:2300:37**02:00100λ224.7GB 13:4302:00*15:43200λ171.3GB26:4910:04**36:53*Just 2D cuts at Phi=0, 45, 90 with 0.125 deg theta resolution **3D and 2D sphere calculations3. 反射面天线HFSS-IE仿真Surface currents when the source is not at the focus of the parabola. Note the current disruptions at the struts.50λdiameter dish•Turned ON adaptive meshing for just 2 total passesλ/4λ/8 λ/10 λ/12 λ/20 3. 反射面天线HFSS-IE 仿真Reflector with Struts –WITH Adaptive Meshing4.反射面天线：HFSS-IE&HFSS--Datalink4. 反射面天线HFSS-IE&HFSS--Datalink•15个脊波导角锥馈源•偏馈反射面：下边长6395mm 上边长4428mm ，高4393mm •仿真频率:2GHz 到4GHz4. 反射面天线HFSS-IE&HFSS--Datalink4. 反射面天线HFSS-IE&HFSS--Datalink •HFSS-IE和HFSS的数据链接•全自动,使用方便•高精度,场到场直接数据链接4. 反射面天线HFSS-IE&HFSS--Datalink •反射面上的电流分布和网格剖分•由于仅有1,7,8角锥馈电,因而呈现左右非对称性4. 反射面天线HFSS-IE&HFSS--Datalink•HFSS-IE自动读入HFSS仿真得到的馈源辐射场•只需计算反射面，无需在整个空间求解也可以读入外部馈源远场数据5. FEBI仿真反射面天线FEBI——Hybrid Finite Element-Integral Equation MethodFinite Elements vs. Integral Equations •Integral Equation Based Method –HFSS-IE –Efficient solution technique for open radiation and scattering –Surface only mesh and current solution Airbox not needed to model free space radiationAirbox required tomodel free space radiation•Finite Element Based Method –HFSS–Efficient handle complex materialand geometries–Volume based mesh and fieldsolutionsThis Finite Element-Boundary Integral hybrid method leverages the advantagesof both methods to achieve the most accurate and robust solution for radiatingand scattering problemsConformal radiationvolume with IntegralEquations FEBI的使用Image Source: 5. FEBI仿真反射面天线•Reflector with supporting struts–FE-BI can be created so that it is conformal to entire geometry –Very small FEM volume needed with conformal FE-BI compared to ABC boundaryABCFE-BIBoundary TypeTotal RAM (GB)ABC 45FE-BI1325 Lambda Reflector5. FEBI仿真反射面天线•Reflector with multiple FE-BI domains–Majority of solution volume can be removed between reflector and feed –Volumes enclosed with FE-BI are fully coupled•Backscatter from reflector will influence input impedance of feed1meter10λ1meter 20λ1meter 30λFrequencyMemory Required3 GHz2GB FrequencyMemory Required6 GHz 10GB FrequencyMemory Required9GHz 30GB5. FEBI仿真反射面天线•Antennas1号位：合成孔径雷达(10-20GHz)；3号位：卫星通信天线10.95GHz 为接受、14GHz为发射)；5号位：GPS 天线——两个(1.575GHz)；8号位：C 波段全向天线支架(BLOS:beyond-line-of-sight 超视距，4.8GHz)准确频率数据可以估计。