电磁场计算软件介绍
电磁场分析软件FEKO
此外还有，多层快速多极子（MLFMM） ，其中包括 1、 快速多极子，2、多层快速多极子
5
EMC 耦合
1 算例介绍 这个例子将考虑一个典型的 HF 单极子天线和一根加载传输线的互耦,如图 3-1 所示。 天 线与传输线都是用金属线结构(我们所指的细线结构是指导体的长度远大于导线的直径)．
2 预备知识 开始这个例子之前,需要确保你的系统满足运行这个例子所需要的条件。 同时,希望这个例 子和你的工作相关或者有相关应用。该算例的目的： - 使用地面来模拟一个无限大导体地板。- 加载一个具有复阻抗的器件。 - 在细线结构的器件上施加电压源 - 采用自适应频率采样来获得连续的数据。 - 在 POSTFEKO 中查看输入阻抗与电流分布。 该算例运行的条件： - 需要安装具有有效许可文件的 FEKO 5.3 或更高版本。 - FEKO 可以在 LITE 模式下使用,但这将使得用户只能解决小问题,建议使用完全授权的许 可文件或试用版。该算例的一些部分可以在 LITE 模式下完成,但是有些部分则只能在完整的 或试用版许可下完成。 - 建议在做这个算例之前先看一遍演示视频(除非你对 FEKO 软件已经熟悉) - 这个算例所需时间不超过 70 分钟。 3 在 CADFEKO 中建模 从启动 CADFEKO 开始。打开 CADFEKO 时,窗口中没有模型显示 ,而只显示 3D 坐标。
图 1-1 建模设置界面 CADFEKO
图 1-2 EDITFEKO 界面
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图 1-3 POSTFEKO 界面 2 算法基础 2.1 积分方程方法(MoM/MLFMM) 2.1.1 矩量法（MoM） 1、矩量法的一般方法 矩量法是一种基于积分方程的严格的数值方法， 其精度主要取决于目标几何建模精度 和正确的基权函数的选择及阻抗元素的计算。 其思想主要是将几何目标剖分离散， 在其上定 义合适的基函数，然后建立积分方程，用权函数检验从而产生一个矩阵方程，求解该矩阵方 程，即可得到几何目标上的电流分布，从而其它近远场信息可从该电流分布求得。下面以电 场积分方程求解理想导体的电磁散射问题为例，简要介绍矩量法的一般方法。 由麦克斯维方程组和理想导体的边界条件可以推导出，表面电场积分方程（EFIE）如 下：
电磁场 软件MAXWELL使用说明教学教材
电磁场软件M A X W E L L使用说明Ansoft Maxwell 2D/3D 使用说明第1章 Ansoft 主界面控制面板简介在Windows下安装好Ansoft软件的电磁场计算模块Maxwell之后，点击Windows的“开始”、“程序”项中的Ansoft、Maxwell Control Panel，可出现主界面控制面板（如下图所示），各选项的功能介绍如下。
1.1 ANSOFT介绍Ansoft公司的联系方式，产品列表和发行商。
1.2 PROJECTS创建一个新的工程或调出已存在的工程。
要计算一个新问题或调出过去计算过的问题应点击此项。
点击后出现工程控制面板，可以实现以下操作：●新建工程。
●运行已存在工程。
●移动，复制，删除，压缩，重命名，恢复工程。
●新建，删除，改变工程所在目录。
1.3 TRANSLATORS进行文件类型转换。
点击后进入转换控制面板，可实现：1.将AutoCAD格式的文件转换成Maxwell格式。
2.转换不同版本的Maxwell文件。
1.4 PRINT打印按钮，可以对Maxwell的窗口屏幕进行打印操作。
1.5 UTILITIES常用工具。
包括颜色设置、函数计算、材料参数列表等。
第2章二维（2D）模型计算的操作步骤2.1 创建新工程选择Mexwell Control Panel (Mexwell SV)启动Ansoft软件→点击PROJECTS打开工程界面（如图2.1所示）→点击New进入新建工程面板（如图2.2所示）。
在新建工程面板中为工程命名（Name），选择求解模块类型（如Maxwell 2D, Maxwell 3D, Maxwell SV等）。
Maxwell SV为Student Version即学生版，它仅能计算二维场。
在这里我们选择Maxwell SV version 9来完成二维问题的计算。
图2.1 工程操作界面图2.2 新建工程界面2.2 选择求解问题的类型上一步结束后，建立了新工程（或调出了原有的工程），进入执行面板（Executive Commands）如图2.3所示。
电磁场计算软件在通信电子领域中的应用
电磁场计算软件在通信电子领域中的应用随着电子科技的不断进步和普及，通信电子领域已经成为一个岗位较为稳定的行业。
在通信电子领域中，电磁场计算软件已经成为主流的工具，并被广泛应用于电子设备的设计、开发、测试和生产中。
本文将就电磁场计算软件在通信电子领域中的应用进行探讨。
一、电磁场计算软件的基本原理电磁场计算软件是指一种模拟电磁场激励的软件，它可用于快速、准确地计算电磁场在空间中的分布情况。
通常，电磁场计算软件运用了较为先进的数学模型和计算方法，其中最常用的方法有有限元法、时域有限差分法和时谐有限差分法等。
对于电子设备设计、开发、测试和生产，电磁场计算软件是必不可少的工具。
因为电子设备通常都会与电磁场有相互作用的情况，使用电磁场计算软件可以大大提高设备的设计效率和精度。
二、电磁场计算软件在通信电子设备设计中的应用在通信电子设备设计中，电磁场计算软件主要被用于电磁场的模拟计算、射频系统参数设计和天线设计等方面。
1.电磁场的模拟计算通信电子设备的各个部分会受到电磁场作用，因此电磁场的模拟计算是通信电子设备设计的重要环节。
利用电磁场计算软件可以模拟计算电磁场的分布情况，如电场的强度、辐射方向等，从而快速找出问题并将其解决。
2.射频系统参数设计射频系统是通信电子设备的一个重要组成部分，它主要是用来传送、接收信号的。
在射频系统参数设计中，电磁场计算软件可以有效模拟电磁场对射频系统的影响，比如阻抗、功率等参数的计算。
3.天线设计天线的设计是通信电子设备中非常重要的一个部分，它决定着通信设备传输效率和传输质量。
在天线设计中，电磁场计算软件可以模拟不同天线形状、不同频率、不同工作方式下的天线辐射特性等，从而帮助用户更快更准确地设计合适的天线。
三、电磁场计算软件在通信电子设备测试中的应用在通信电子设备测试中，电磁场计算软件主要被用于电磁兼容性测试和故障测试等方面。
1.电磁兼容性测试电磁兼容性测试是用来检验设备的电磁兼容性是否符合要求的测试。
使用FEKO进行电磁场模拟和分析
使用FEKO进行电磁场模拟和分析第一章：引言FEKO是一种广泛应用于电磁场模拟与分析的软件。
本文将介绍FEKO的基本原理、应用领域以及其在电磁场模拟和分析中的重要作用。
第二章：FEKO的基本原理FEKO是一种基于有限元和边界元方法的电磁场模拟软件，可以用于分析各种电磁问题。
其基本原理是将电磁问题转化为求解最优适应Electric 或Magnetic Field Integral Equations (EFIE 或MFIE)的问题。
第三章：FEKO的应用领域FEKO的应用领域非常广泛，包括天线设计、射频与微波设计、电磁兼容性分析等。
其中，天线设计是FEKO最常见的应用之一。
使用FEKO进行天线设计可以优化天线的性能，提高接收和发射的效率，确保无线通信系统的稳定性。
第四章：电磁场模拟与分析的流程电磁场模拟与分析的流程通常包括几个步骤。
首先，需要对模拟问题进行建模。
这是一个非常关键的步骤，需要根据实际情况选择合适的模型建立方法，并确定模型的准确性和适用性。
然后，将模型导入FEKO软件中进行模拟计算。
根据模型的不同，可以选择不同的求解器和求解方法。
完成模拟计算后，还需要进行结果的后处理和分析，得到所需的电磁场参数。
第五章：FEKO的优势与不足使用FEKO进行电磁场模拟和分析具有一些明显的优势。
首先，FEKO具有非常强大的求解能力和高效率，可以处理复杂的电磁问题。
其次，FEKO具有友好的用户界面和丰富的建模和后处理功能，使得用户可以更加方便地进行模拟计算和分析。
然而，FEKO也存在一些不足之处，比如需要较高的计算资源和较长的计算时间，对用户的计算机性能有一定的要求。
第六章：FEKO的案例分析为了更好地了解FEKO的应用效果，我们对几个典型的案例进行了模拟和分析。
这些案例包括天线设计、电磁兼容性分析等。
通过对这些案例的模拟和分析，我们可以清楚地了解到FEKO在电磁场模拟和分析中的重要作用以及其实际应用的效果。
电磁软件介绍及应用
电磁软件介绍及应用电磁软件是一类用于模拟和分析电磁场行为的计算机程序。
它们基于电磁理论和数值计算方法，可以对电磁场的特性进行预测、优化设计和故障诊断。
电磁软件在电力系统、通信系统、雷达、天线设计、电磁兼容性和生物电磁学等领域得到广泛应用。
电磁软件通常可以模拟电磁场的分布、电场强度、磁场强度、电磁波传播特性等，并能提供电磁场所带来的各种物理量和参数。
以下是几种常见的电磁软件及其应用：1. Maxwell（有限元解算器）：Maxwell是ANSYS公司开发的有限元求解器，广泛应用于电磁场建模和分析。
它可以用于电机、变压器、感应加热、感应炉等电磁设备的电磁场分析和设计。
通过Maxwell，可以模拟电磁场分布、磁场力、饱和效应、电磁感应和损耗等。
2. CST Studio Suite：CST Studio Suite是德国CST公司开发的全波电磁场仿真软件，主要用于天线设计、微波电路仿真、高频电磁场分析等。
它基于时域有限差分（FDTD）和时域积分方程（TDA）等数值计算方法，可以模拟电磁波传播、反射、透射、散射等现象。
3. HFSS（高频结构仿真器）：HFSS是美国ANSYS公司开发的高频电磁场仿真软件，广泛应用于微波毫米波电路和天线设计。
它基于有限元方法，可以模拟电磁场传播、天线辐射、高频电路的S参数等，对于频率范围从几百兆赫兹到几太赫兹的高频应用非常适用。
4. FEKO：FEKO是南非公司Altair Engineering开发的电磁场仿真软件，可以用于雷达和天线设计、EMC/EMI分析、电波传播和电磁散射等领域。
FEKO基于复杂射线方法（CRM）和有限元方法（FEM），可以模拟电磁波的传播、散射、辐射和耦合等现象。
5. ADS（先进设计系统）：ADS是美国Keysight Technologies公司开发的一款集成电路设计软件，包括了高频电磁场仿真功能。
它可以用于射频集成电路（RFIC）和微波集成电路（MIC）的设计和仿真，对于高频器件的电磁场分析和性能优化非常有效。
HFSS场计算器使用指南
HFSS场计算器使用指南HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由ANSYS公司开发的一款用于高频电磁场仿真和设计的软件。
它是目前业界领先的电磁仿真工具之一，广泛应用于微波、射频、天线和高速信号完整性等领域的设计和分析。
本文将介绍HFSS场计算器的使用指南，帮助初学者快速上手并进行有效的电磁场仿真。
一.HFSS简介1.HFSS是什么？HFSS是一款基于有限元方法（Finite Element Method，FEM）的电磁场仿真软件。
它可以对电磁场进行三维建模、仿真和分析，帮助设计师评估设计的性能、优化设计参数以及解决电磁兼容性（EMC）和信号完整性（SI）等问题。
2.HFSS的特点HFSS具有以下突出特点：-高精度：采用高精度的数值算法，精确计算微波和射频器件的电磁场分布；-广泛的功能：支持多种不同频段、不同结构和材料的仿真；-用户友好的图形用户界面（GUI）：直观的操作界面，易于学习和使用；-高效的求解器：采用高效的求解器，提供快速的仿真结果。
二.HFSS场计算器的使用指南1.创建新项目打开HFSS软件，点击"File"->"New"->"Project"，输入项目名称，并选择合适的单位系统（如米制系统）。
2.建立模型在"Project Manager"中右键点击"Models"，选择"Insert"->"Design"->"Model"，可以选择不同的模型创建方式，如导入CAD文件、手动创建等。
3.创建几何体选择"Modeler"，可以通过"Draw"工具栏创建几何体，如直线、矩形、圆形等。
也可以通过导入CAD文件创建几何体。
4.设置材料属性在"Modeler"中选择几何体，点击右键选择"Assign Material"，选择适合的材料属性，可以从材料库中选择，也可以自定义材料属性。
电磁场仿真软件简介
电磁场仿真软件简介随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展,在最近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件;在这些软件中,多数软件都属于准3维或称为维电磁仿真软件;例如,Agilent公司的ADSAdvanced Design System、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等;目前,真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE;从理论上讲,这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能;其中,HFSS HFSS是英文高频结构仿真器High Frequency Structure Simulator的缩写是一种最早出现在商业市场的电磁场三维仿真软件;因此,这一软件在全世界有比较大的用户群体;由于HFSS进入中国市场较早,所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多,特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及;德国CST公司的MicroWave Studio微波工作室是最近几年该公司在Mafia软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件;它吸收了Mafia软件计算速度快的优点,同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变;就目前发行的版本而言, CST的MWS 的前后处理界面及操作界面比HFSS好;Ansoft也意识到了自己的缺点,在刚刚推出的新版本HFSS定名为Ansoft HFSS 中,人机界面及操作都得到了极大的改善;在这方面完全可以和CST媲美;在性能方面,两个软件各有所长;在速度和计算的精度方面CST和ANSOFT成绩相差不多;值得注意的是,MWS采用的理论基础是FIT有限积分技术;与FDTD 时域有限差分法类似,它是直接从Maxwell方程导出解;因此,MWS可以计算时域解;对于诸如滤波器,耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法FEM,这是一种微分方程法,其解是频域的;所以,HFSS如果想获得频域的解,它必须通过频域转换到时域;由于,HFSS是用的是微分方法,所以它对复杂结构的计算具有一定的优势;另外,在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件： ANSYS ;ANSYS 是一个基于有限元法FEM的多功能软件;该软件可以计算工程力学、材料力学、热力学和电磁场等方面的问题;它也可以用于高频电磁场分析应用例如：微波辐射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等;其功能与HFSS和CST MWS类似;但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解,因此,对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难;对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉及的任意形状三维电磁场仿真方面不如HFSS更专业、更理想;实际上,ANSYS软件的优势并不在电磁场仿真方面,而是结构静力/动力分析、热分析以及流体动力学等;但是,就其电磁场部分而言,它也能对任意三维结构的电磁特性进行仿真;虽然,Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE也可以仿真三维结构;但由于这些软件的功能不如前面的软件,所以用户相对较少;下面列出几个相关软件的名称和主要性能,微波 CAD 软件简介几个主要相关类型软件的简介：1.1.1 ADSAdvanced Design System它是Agilent Technoligyies公司推出的一套电路自动设计软件;Agilent Technoligyies公司把已有产品HP MDSMicrowave Design System和HP EEsof IVElectronic Engineering Software两者的精华有机的结合起来,并增加了许多新的功能,构成了功能强大的ADS软件;ADS软件范围涵盖了小至元器件,大到系统级的设计和分析,主要包括RFIC设计软件、RF电路板设计软件、DSP专业设计软件、通讯系统设计软件以及微波电路设计软件;ADS软件仿真手段丰富多样,可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析手段,并可对设计结果进行成品率分析与优化,从而大大提高了复杂电路的设计效率,是非常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具;不但其仿真性能优越,而且提供了功能强大的数据后处理能力;这对我们进行复杂、特殊电路的仿真、数据后处理及显示提供了可能;该软件切实考虑到工程实际中各种参数对系统的影响,对要求分析手段多样,运算量大的仿真分析,尤其适用;ADS软件可应用于整个现代通信系统及其子系统,能对通信系统进行快速、便捷、有效的设计和仿真;这是以往任何自动设计软件都不能够的;所以,ADS已被广大电子工程技术人员接受,应用也愈加广泛;主要应用：ADS功能非常强大,对整个现代通信系统及其子系统的设计和仿真提供支持;主要应用有以下几个主要方面：1.射频和微波电路的设计包括RFIC、RF Board;2.DSP设计3.通信系统的设计4.向量仿真每个设计本身又包括以下几个内容：●绘制原理图●系统仿真●布局图● Pspice原理图1.1.2. CST Microwave studioCST MICROWAVE STUDIO是CST公司为快速、精确仿真电磁场高频问题而专门开发的EDA工具,是基于PC机Windows环境下的仿真软件;其主要应用领域有：移动通信、无线设计、信号完整性和电磁兼容EMC等;具体应用包括：偶合器、滤波器、平面结构电路、联结器、IC封装、各种类型天线、微波元器件、蓝牙技术和电磁兼容/干扰等;MWS提供三个解算器,四种求解方式;它们是时域解算器、频域解算器和本征模解算器;四种求解方式分别为传输问题的频域解、时域解、模式分析解和谐振问题的本征模解;同时也提供各种有效的CAD输入选项和SPICE参数的提取;另外,CST MWS通过调用CST DESIGN STUDIO而内含一个巨大的设计环境库,CST DESIGN STUDIO本身也提供外部仿真器的联结;应用：各种天线、连接器、谐振腔、蜂窝电话、同轴连接器、偶合滤波器、共面结构、串扰问题、介质滤波器、双工器、高速数字设备、喇叭天线、IC封装、互联器、微带滤波器、带状线结构、微波加热、微波等离子源、多芯连接器、毫米波集成电路、多层结构、多路复用器、光学组件、微带天线、平面结构、功分器、偏光器、雷达/雷达截面RCS、SAR计算/解剖设备、传感器、屏蔽问题、开槽天线、芯片系统、时域反射计TDR 、波导结构、无线设备……1.1.3. Microwave OfficeMicrowave Office软件为微波平面电路设计提供了最完整, 最快速和最精确的解答;它是通过两个模拟器来对微波平面电路进行模拟和仿真的; 对于由集总元件构成的电路, 用电路的方法来处理较为简便; 该软件设有一个叫“VoltaireXL”的模拟器来处理集总元件构成的微波平面电路问题; 而对于由具体的微带几何图形构成的分布参数微波平面电路则采用场的方法较为有效, 该软件采用的是一个叫“EMSight”的模拟器来处理任何多层平面结构的三维电磁场的问题;由于这里意在着重于电磁场分析,所以仅涉及“EMSight”模拟器;下面是它的具体功能：“EMSight”模拟器是一个完整的三维电磁场模拟程序包, 它可用于平面高频电路和天线结构的分析;模拟器分析的电路都安装在一个矩形的金属包装盒内, 对于电路的层数和端口数并没有限制;它还具有显示微波平面电路内金属上电流和空间电场力线的能力;“EMSight”模拟器可以对微波平面电路进行许多种类的计算, 在该软件中称计算为测量; 除了可以计算电路的阻抗参量,导纳参量,散射参量,传输参量, 混合参量之外, 对于线性电路,它能计算辅助稳定因子,输入电容,群延迟, 偶/奇模传输常数/阻抗/导纳, 电压驻波比, 端口输入阻抗/导纳, 增益等;具有计算各种线/圆极化微带天线的电场方向图和功率方向图的能力, 在计算天线时矩形的金属包装盒边界可以改变, 顶部和底部可以改为自由空间阻抗,而侧壁可以拉远;在“EMSight”模拟器内也设有一个元件库, 其特点是列入了大量的微带元件的资料如各种弯头, 开路线, 短截线, 耦合器, 阶梯, T形接头等; 还包括了许多传输线的资料;1.1.4. ANSYSANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件;该软件主要包括三个部分：前处理模块,分析计算模块和后处理模块;前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示可看到结构内部等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出;软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料;这里还是着重介绍电磁场方面;在该软件的电磁场部分,它主要设计以下几个方面：2D、3D及轴对称静磁场分析及轴对称时变磁场交流磁场分析;静电场、AC电场分析,电路分析：包括电阻、电容、电感等;电路、磁场耦合分析 ;电磁兼容分析; 高频电磁场分析; 计算洛伦磁力和焦耳热/力;主要应用于：螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、天线辐射、等离子体装置、磁悬浮装置磁成像系统、电解槽及无损检测装置等;1.1.5. Ansoft SerenadeAnsoft Serenade 设计环境为现代的射频以及微波设计者们提供了一个强大的电路、系统和电磁仿真的工具;简易的使用环境允许使用者们在仿真器和其他的工具如文字处理器最大程度的产生数据资料的转移;简单的说,它主要包括Harmonica电路仿真和 Symphony系统仿真部分;Symphony 可以在Serenade 文件夹一种计算机标原理图获取、布局、和仿真环境下面运行;它是一个可以仿真有射频、微波和数字部分组成的通信系统的软件工具;Symphony 添加了针对外围环境的高效的模拟、数字混合方式模拟和数字和系统分析能力;使用者能够很快的构建一个系统通包括大量元件的库里的射频部分的模拟和数字信号处理;像信道编码,模拟和数字信号处理滤波器,放大器,晶体震荡器衰减信道模型;这些都能使设计者们迅速的组建有线的或者无线系统;由于系统自带了那么多模型,因此设计者只需要对元器件键入很少的关键特征;它也能够对线性或非线性系统进行彻底的操作;它也能输出例如增益、噪声和在时域或者频域上的误码率;针对不同的设计方法,在早期阶段的时候它就能够迅速的检查,以减少设计周期时间和避免由于射频和数字信号处理系统之间的互相干扰而造成的高成本的重新设计;一旦一个设计系统结构被确认了那么一个自上而下的设计流程就能被完成;一个系统的误码率能够基于完整的系统分析而计算出来;对射频的描述,例如阻抗不匹配,晶体震荡器的相位噪声和群延迟,在系统中当然包括噪声,输入功率,S参数和其他的输入信号扫描分析把误码率的计算作为一个任何参数的函数;1.1.6. Ansoft EnsembleAnsoft Ensemble是一个针对射频和微波的平面电磁仿真软件;它是一个对微带线和像滤波器、功分器和天线一类的平面微波结构进行计算S参数和全波场的仿真软件包;Ensemble软件包包括一个从底部开始的计算机辅助设计布局,一个仿真器和一个可显示数据的后处理器;该软件没有用传统的“cut-and-try” 原型,减少了生成的误差;下面是它的一些功能：1 仿真分析包括s参数, y参数, 和 z参数;远场近场辐射;表面电流等;2 Ensemble 的应用PCB布线和路径的仿真;多层微波包装;微波整合电路;超级微波整合电路;平面天线和队列;电路元件创建;3 天线设计分析圆极化;左旋圆极化和右旋圆极化的远场图;增益和轴向辐射;交叉极化和共极化场等;4. 图形特征：计算控制初始设计的大小;DXF and GDS 的输入和输出;史密斯圆图,极化图和矩形图;远场图;波形计算等;Ansoft HFSS软件简介Ansoft HFSS软件是适用于射频、无线通信、封装及光电子设计的任意形状三维电磁场仿真的软件;ANSOFT HFSS是业界公认的三维电磁场标准仿真软件包,它必将为射频、无线通信、封装及光电子产品新功能的开发提供崭新高效的研究手段;本软件彻底摆脱了传统的设计模式,大大减少了研制费用和时间,加快产品进入市场的步伐;HFSS 提供了一简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场求解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器,能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场;ANSOFT HFSS充分利用了如自动匹配网格产生及加密、切线向矢量有限元、ALPSAdaptive Lanczos Pade Sweep和模式-节点转换Mode-node等的先进技术,从而使操作人员可利用有限元法FEM 在自己的电脑少对任意形状的三维无源结构进行电磁场仿真;HFSS自动计算多个自适应的解决方案,直到满足用户指定的收敛要求值;其基于MAXWELL麦克斯韦方程的场求解方案能精确预测所有高频性能,如散射、模式转换、材料和辐射引起的损耗等;用高效率的计算机虚拟模型的方法来取代费时费力的“cut-and-try”试验方法,可大大缩短设计周期;仿真分析诸如天线、微波转换器、发射设备、波导器件、射频滤波器和任意三维非连续性等复杂问题,已简单化成只需画结构图、定义材料性能、设置端口和边界条件;HFSS自动产生场求解方案、端口特性和S参数;其S参数结果可输出到通用的线性和非线性电路仿真器中来使用;ANSOFT HFSS的自适应网格加密技术使FEM方法得以实用化;初始网格将几何子分为四面体单元的产生是以几何结构形状为基础的,利用初始网格可以快速解算并提供场解信息,以区分出高场强或大梯度的场分布区域;然后只在需要的区域将网格加密细化,其迭代法求解技术节省计算资源并获得最大精确度;必要时还可方便地使用人工网格化来引导优化加速网格细化匹配的解决方案;HFSS采用高阶基函数、对称性和周期边界等方法,从而节省计算时间和内存,进一步加大求解问题的规模并加速求解的速度;1.2.1 Ansoft HFSS软件功能HFSS软件还有强大的绘图功能;它可以与AutoCAD完全兼容,完全集成ACIS固态建模器;它可以完成以下操作：无限的undo/redo多个物体组合、相减、相交布尔运算动态几何旋转点击物体选择/隐藏二维物体沿第三维扫描得到三维物体如圆柱体宏记录/宏文本锥螺旋、圆柱和立方体的参数化宏可选的“实表面”几何体在线关联帮助以加快新功能的应用它拥有先进的材料库综合的材料数据库包括了常用物质的介电常数、渗透率、电磁损耗正切;用户在仿真中可分析均匀材料、非均匀材料、各向异性材料、导电材料、阻性材料和半导体材料;对不可逆设备,标配的HFSS可直接分析具有均匀静磁偏的铁氧体问题,用户还可选用ANSOFT 3DFS选件以完成铁氧体静磁FEM的解算仿真;ANSOFT HFSS软件含有一个庞大的库,用该库可参数化定义以下标准形状：微带T行结宽边耦合线斜接弯和非斜接弯半圆弯和非对称弯圆螺旋和方螺旋混合T接头贴片天线螺旋几何Ansoft HFSS软件还可以以周期边界来解决相控阵;通过指定两个或多个边界间的场关系,关连边界条件LBCs使得包含有源等设备的新一类问题也可建模仿真;在对长的、均匀的和周期性的结构建模仿真时,LBCs可大大节省计算时间和内存;周期性的LBCs通过相位关系可确定多个主-从边界;设计师可通过分析相控阵中的一个单元来提取有源单元因子和阻抗,从而研究确定阵列盲区、极化性能和栅瓣;Ansoft HFSS软件强大的天线设计功能,它可以计算下列问题：计算天线参量,如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽;绘制极化特性,包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比;二分之一、四分之一、八分之一对称模型并自动计算远场方向图;Ansoft HFSS还拥有以下三种频率扫描技术：①宽带快速率扫描利用APLS快速扫频技术可有效地进行宽带仿真;APLS能产生一个在宽频带内有效的低阶次的模型,并通过计算零极点来完成宽频带求解;APLS包含端口散射以精确确定频段内的输入功率和频带外抑制;②超宽带插值扫频利用插值扫频技术可有效地进行超宽带仿真;插值扫频能在超宽频带内根据频响变化斜率自动增插点数,确保精确确定频段内的所有频响特性;③离散扫频利用离散扫频技术可有效地进行离散频点的宽带仿真;其利用当前网格重新求解电磁场,从而精确得到各频率点上的性能参数;Ansoft HFSS拥有强大的场后处理器：产生生动逼真的场型动画图,包括矢量图、等高线图、阴影等高线图;任意表面,包括物体表面、任意剖面、3D物体表面和3D相等面的静态和动态图形;动态矢量场、标量场或任何用场计算器推导出的量;动态的表面动画可使图形能以旋转和移位的方式步进;新的图—3D云图上有一薄薄的彩色像素层,使你能非常清晰地观察场型特性,用户旋转几何时图形会实时更新;ANSOFTHFSS 可以设计最优化解决方案,它支持强大的具有记录和重放功能的宏语言;这使得用户可将其设计过程自动化和完成包括参数化分析、优化、设计研究等的先进仿真;参数化分析：四螺旋天线广泛应用于包括GPS接收机在内的无线通信设计中;其圆极化辐射方向图提供了很宽的半球状覆盖区域并具有极低的后瓣辐射;该模型在HFSS 依据不同的螺旋比和总旋转数目进行了多次仿真,设计师利用先进的宏功能可很快地进行多次仿真,以研究关键参数是如何影响带宽、增益和后瓣电平的;1.2.2 Ansoft HFSS软件的优势Ansoft有自己的独特优势：由Ansoft Designer和Ansoft HFSS构成的Ansoft高频解决方案,是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案,它以Ansoft公司居于领先地位的电磁场仿真工具为基础,提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段,覆盖了高频设计的所有环节; 其集成化的设计环境和独有的“按需求解"技术使设计工程师们在设计的各个阶段都能充分考虑结构的电磁效应对性能的影响,实现对整个设计流程的完全控制,从而进一步提高了仿真精度,完成整个高频系统的端对端设计;最后一点,HFSS的所有问题分为两大类：“Driven Solution”和“Eigenmode Solution”,前一个用于一般的需要激励源或者有辐射产生的问题,适用于几乎所有除谐振腔以外的问题；后者为本征问题求解,主要用于分析谐振腔的谐振问题,不需要激励源,也不需要定义端口,更不会产生辐射封闭结构;Ansoft Optimetrics是一个综合优化包,可以用于HFSS和Ensemble,主要用于结构参数的优化,最典型的例如双枝节匹配,可优化两个枝节的长度及间距使得反射最小;根据你给定的优化目标,可以进行模型参数的调整,例如介质片移相器,你可以以移相器的相移为目标函数,优化介质片的长度,使相移满足需要;总之,Ansoft HFSS 软件以其强大的设计仿真功能,无论在设计手机、通信系统、宽带器件、集成电路ICs、印刷电路板等高频微波的方方面面都迅速赢得了设计人员的广泛认可,并且也迅速获得了广泛的应用;。
电磁场分析软件MAXWELL介绍
Maxwell 3D, ePhysics 和3D 建模器Maxwell 3D简要概述执行命令类似于Maxwell 2D建模器, 边界/激励设置以及手动划分网格不同于Maxwell 2D3D模型使用基于ACIS的核心3D模型导入能力: 3D ACIS (.sat), 3D IGES (.iges.igs), 3D Step (.step .stp), 旧的3D (.sld), (.geo), 和2D (.sm2)材料，激励，频率可以参数化扫描形状改变或者物体运动可以使用必要的优化Maxwell 3D求解器从下拉菜单中选择求解器: 静电场, 静磁场, 涡流场或瞬态场在静磁场中可以使用直流电流求解器ePhysics温度场(稳态或瞬态) 以及应力场求解器能够和3D电磁场求解器耦合。
静电场求解器静电场求解器计算静止电场。
静电场的激励源可以是:供应电压电荷分布求解量是电标势(ø)。
电场强度(E) 和电通密度(D) 由电标势自动算出。
派生量，如电磁力，电磁力矩，能量和电容可以由基本场量计算出来。
静磁场求解器静磁场求解器计算静态（直流）磁场。
静磁场的源可以是:导体内的直流电流永磁体外部静磁场求解量是磁场强度(H)。
电流密度(J) 和磁通量密度(B) 由电场强度(H)自动算出。
派生量，如力，力矩，能量和电感可以由基本场量计算出来。
涡流场求解器涡流场求解器计算给定频率下的时变(交流)磁场。
磁场的源可以是:导体内的正弦交流电流(峰值)时变外部磁场(峰值)求解量是磁场强度(H) 和磁标势(Ω)。
电流密度(J) 和磁感应强度(B) 由磁场强度(H)自动算出。
派生量，如力，力矩，能量和电感可以由基本场量计算出来。
瞬态场求解器计算时域磁场(在每一个时间步长的瞬间)。
方程式是基于一个立体导体中的电流矢势和一个标势，覆盖整个场域。
场方程式与电路方程式牢固地结合在一起，容许电压源或电流源或外部驱动电路。
求解量是磁场强度(H)和电流密度(J)，同时磁感应强度自动由磁场强度(H)算出。
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信电学院 电气工程（一）教研室 张楠楠 2015.12.23
① 仿真软件基本操作
Maxwell仿真实验的一般步骤
通过分析决定的几何结构、边界条件、载荷，然后依 照下列步骤进行仿真。 （1 ） （2 ） （3 ） （4 ） （5） （6 ） （7 ） 创建新的工程文件，选取求解器类型； 绘制模型； 选择材料； 添加边界条件及激励参数； 剖分设置及分析设置； 模型检测及求解； 后期操作。
（R-r） = d 则共同作用的电场强度为 E Er ER 2 0 2 0
பைடு நூலகம்
XY Plot 1
3.75E+008
Maxwell2DDesign1
Curve Info Mag_E Setup1 : LastAdaptive
2.50E+008
点电荷
抽象模型仿真
例：有一半径为R的均匀带电无限长圆柱体电荷，电荷 体密度为ρ ，在其中挖出半径为r的无穷长平行圆柱孔 洞，两圆柱轴线距离为d 。求孔洞内各处的电场强度。
R， 即大圆柱在 P 点产生的电场为 ER 2 0
r 同理可得小圆柱产生的 Er 2 0
Mag_E [V_per_meter]
1.25E+008
0.00E+000 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 Distance [mm] 1.00 1.20 1.40 1.60
简单工程模型仿真
XY Plot 2
100.00
Maxwell2DDesign1
Curve Info Mag_B Setup1 : LastAdaptive
80.00
60.00
Mag_B [uTesla]
40.00
20.00
0.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 Distance [mm] 30.00 35.00 40.00 45.00