采用电磁仿真软件HFSS数值仿真同轴连接器及其电磁场性能
hfss求导体表面电流的积分
hfss求导体表面电流的积分
HFSS是一种常用的电磁仿真软件，可以用于求解电磁场分布、导体表面电流等问题。
在HFSS中，求解导体表面电流的积分是一项常见的任务，它可以帮助我们了解导体上的电流分布情况。
导体表面电流的积分是指对导体表面上的电流密度进行积分，得到导体上的总电流。
在HFSS中，我们可以通过设置适当的边界条件和激励条件来模拟导体表面电流的分布，并使用积分操作来计算导体上的总电流。
具体来说，我们可以首先在HFSS中建立一个导体模型，并设置好边界条件和激励条件。
然后，我们可以使用HFSS提供的积分操作来计算导体表面电流的积分。
这个积分值可以帮助我们评估导体上的总电流大小，并了解导体表面电流的分布情况。
通过HFSS求解导体表面电流的积分，我们可以更好地理解导体上电流的分布情况，并为电磁场的设计和优化提供参考。
在实际应用中，这项技术可以应用于电磁兼容性分析、天线设计、电路板布局等领域。
HFSS是一种强大的电磁仿真软件，可以用于求解导体表面电流的积分。
通过这项技术，我们可以更好地了解导体上的电流分布情况，并为电磁场的设计和优化提供支持。
02.HFSS10基础培训教程
HFSS v9.2 & v10.0中文基础培训教程更多... h ttp://目录0. HFSS基础0.0Ansoft HFSS桌面0.1打开设计0.2设置模型类型1. HFSS参数建模1.1 HFSS边界条件定义与设置1.2 HFSS激励端口定义与设置2. HFSS分析设置3. HFSS数据处理4.HFSS求解过程及设置4.1 HFSS格剖分操作注：该教程将讨论Ansoft HFSS 应用中遇到的一些基本概念和术语z什么是HFSS？HFSS是一种充分利用我们熟知的windows界面对任意3D设备建模并进行高性能的全波电磁场仿真软件。
它集可视化、实体建模、自动控制于一体，可以快速、精确的求解你的3D电磁问题，是一种易于学习的开发设计环境。
Ansoft HFSS 使用了有限元算法（FEM）、自适应网格剖分以及卓越的图形显示，方便查看你所有的3D电磁问题。
HFSS可以计算S参数、谐振频率以及相应的场等问题。
其典型应用范围如下：1.封装建模– BGA, QFP, Flip-Chip倒装晶片2.印刷电路板建模– 能量/接地面, 栅格接地,底板3.硅/砷化镓– 螺旋感应器, 变压器4.电磁兼容/电磁干扰–屏蔽罩, 耦合, 近场或远场辐射5.天线/移动通信–贴片天线、偶极子天线、喇叭天线、手机共形天线、矩形螺旋线、SAR无限阵列, RCS雷达反射截面、FSS频率选择表面6.连接器– 同轴, SFP/XFP, 底板, 过渡7.波导–滤波器、谐振器、过渡、耦合器8.滤波器– 腔体滤波器、微带滤波器、介质滤波器HFSS是基于四面体网格单元的交互式仿真系统，它可以处理任意3D几何模型，特别是那些复杂曲线或复杂形状的物体的求解问题，且局部问题可以使用其他技术处理。
HFSS是一种高频结构仿真软件，Ansoft 开发者发展了对电磁仿真问题的有限元法的使用并实现了诸如切向矢量有限元法、自适应网格剖分、ALPS技术。
高频结构仿真软件HFSS
2
3 1
有限元法：将一个结构分成成千上万的小区域（单元）可以使系统分别计 算每一个单元。系统划分的区域越小，最终值越精确。实现场的优化计算。
2018年11月5日 7
HFSS－求解器类型
Driven Modal（驱动模式）激励求解：计算基于S参数
（微波网络S参数）的模型。根据波导模式的入射和反 射能量计算S矩阵 通用S参数 Driven Terminal（终端驱动）激励终端求解：计算基 于多导体传输线端口的终端S参数。根据终端电压和电 流计算S矩阵； Eigen mode（本征模）：计算结构的本征模，谐振。 本征模求解器将寻找到结构的谐振频率并计算这些谐 振频率上的场；
2018年11月5日
6
HFSS的核心算法
下面显示着一个由模拟器建立的样本结构。这个混合接头的唯一特征
是信号从端口１均匀耦合到２、３端口，不耦合到４端口。在 Ansoft HFSS，这个几何结构自动被剖分成大量的四面体，一个四面体基本上 是一个四面的角锥。四面体的集合叫做有限元网面。下图是混合接头 4 的有限元网面剖分图。
2018年11月5日
10
HFSS的操作步骤
Ansoft HFSS提供了一个直观、易于使用、用于建立任意三维无源器件
模型的界面。创建一个设计包括以下几个步骤：
1）File>New，然后点击Project>Insert HFSS Design，新建一个Project。
当然可以通过File>Open，打开一个已经存在的Project；
2）HFSS>Solution Type，设置解算类型，确定如何激励和收敛。HFSS
有三种解算类型，第一种是模式驱动（Driven Modal），根据波导模式 的入射和反射功率表示 S 参数矩阵的解；第二种是终端驱动（ Driven Terminal），根据传输线终端的电压和电流表示 S参数矩阵的解；第三 种是本征模（Eignemode），求解物理结构的谐振频率以及这些谐振频
《hfss的协同仿真》课件
HFSS是一种电磁仿真软件，可以用来分析复杂的电磁现象。本次课程将介绍 如何协同工作来更好地利用这一工具。
什么是HFSS
功能强大
可以模拟各种电磁场问题，如天线、波导、传输线、滤波器等。非常适用于高频电路的设 计和分析。
广泛应用
HFSS被广泛应用于电子、通信、汽车、医疗器械等各个领域，帮助工程师快速解决问题。
电路仿真
利用HFSS进行天线系统和滤波器电路的仿 真，协同完成设计和测试，优化电路性能。
材料设计仿真
设计能够阻止辐射照射的防护材料，有效保 护人体健康。
医疗器械仿真
仿真手术过程中的操作流程和切割角度，提 高手术的准确率和安全性。
电子器件仿真
利用HFSS模拟电磁场分布情况，对市场上 的产品进行仿真并进行制造优化。
实验辅助
通过仿真实验来预测电磁场的行为，设计更加高效、精准。
HFSS的协同仿真特点
1
团队合作
多人同时参与一个项目，可以快速协同完成模拟、仿真等各个环节，大大提高了 效率。
2
多工程协同
不同部门之间的工程师可以通过HFSS协同工作，较好地解决了分布式工作组的 跨地域、跨部门的交流问题。
3
智能优化
HFSS可以自动进行仿真参数优化和智能设计，大大缩短仿真和设计时间，提高 了工作效率。
医学领域
例如医疗器械、放射治疗等， 帮助提高诊断的准确率和治 疗的安全性。
航空航天
可以模拟复杂的空气动力学 问题，为航空、航天领域的 研发带来了前所未有的便利。
结论与展望
HFSS协同仿真的出现，为产品和工程设计带来了新的理念和方法。随着技术 的发展，相信协同仿真将在更多领域创造价值。
电磁仿真软件flux教程
1.1.4. ANSYS
ANSYS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。
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。
HFSS使用心得及边界、端口详解
HFS S使用心得1、简介目前，国际上主流的三维高频电磁场仿真软件有德国C S T公司的M i c r oW av e S t u d i o（微波工作室）、美国A n s of t公司的HFS S（高频电磁场仿真），而诸如Ze l a n d等软件则最多只能算作 2.5维的。
就目前发行的版本而言，C S T的M W S的前后处理界面及操作感比HFS S好很多，然而A n s of t也意识到了自己的缺点，在将要推出的新版本HFS S（定名为A n s o ftDe s i g n e r）中，界面及操作都得到了极大的改善，完全可以和C S T相比；在性能方面，2个软件各有所长，在业界每隔一定时间就会有一次软件比赛，看看谁的软件算的快，算的准，在过去的时间里，C ST和A N S OFT成绩相差不多；价格方面，2个软件相差不多，大约在7～8万美元的水平，且都有出国培训的安排。
值得注意的是，M W S采用的理论基础是FIT，所以M WS的计算是由时域得到频域解，对于象滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFS S采用的理论基础是有限元方法，是一种积分方法，其解是频域的，所以HFS S是由频域到时域，对于设计各种辐射器及求本征模问题很擅长。
当然，并不是说2个软件在对方的领域就一无是处。
由于A n s o f t进入中国市场较早，所以目前国内的HFS S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。
2、使用心得和大部分的大型数值分析软件相似，以有限元方法为基础的A n s of t HFS S并非是傻瓜软件，对于绝大部分的问题来说，想要得到快速而准确的结果，必须人工作一定的干预。
除了必须十分明了模型细节外，建模者本身也最好具备一定的电磁理论基础。
作者假定阅读者使用过HFS S，因此对一些属于基本操作方面的内容并不提及。
2.1、对称的使用对于一个具体的高频电磁场仿真问题，首先应该看看它是否可以采用对称面。
hfss_使用经验
绘制 Z-轴同轴线
在这一小节我们的任务是 z-轴同轴线，在 x-y 平面上绘出内外导体。 因为 x-y 平面是一缺省平面，所以不用首先定义他画外导体圆柱。
1． 点击主菜单上的 Model—Draw，这时绘制屏幕会展示出来。 2． 点击 3D Objects 中的 Cylinder，注意这时会在窗口底部的文本柱中显示信 息，提示你选择柱的中心。 3． 在 x-y 区域移动光标，并点击左键以确定圆柱中心。 不用担心光标的位置，你在点击柱外点后可显示一对话框，所有的圆柱坐标在 点击左键确定后都可以重新设置。 另一方法是在 HFSS 屏幕底部的文本框中键入它们的坐标以进入 2D 或 3D 项目。 在下一个例子，低通滤波器的设置中，就是用这种方法。 4． 从你所选择的中心点开始移动光标，注意到此时有一圆显示在屏幕上，当 你向不同方向移动光标时，此图会增大或缩小。 5． 点击鼠标左键以确定圆的大小，在对话框中你可以调整它的大小。 6． 参考图 2-3 中的对话框，可对原点尺寸及其他数据进行调整。 其中 Dimensions 中的“regment angle”是指对圆周多等分分割时，单一等分所对应 的圆心角，这里对 voaxtee 选定的是 15 度。 注意：对许多结构而言，要进行精确的 S 参数分析，选择 30 度或更精的分割也是 可行的。 关于选项、“world or local coordinates” “world coordinate”是固定的笛卡儿坐标，x,y,x 轴以确定在二维或三维空间中的位 置。而使用 local coordinate system ，给定原点的位置和指向以及 UV 平面，然后你可 以移动或旋转局部坐标。 在对话框中显示出了项目的属性，注意在项目名称一项。虽然系统会给出一个缺省 的名称，但给出你自己的更有特色的名称是有益的。在图 2-3 中，项目的名称是 xycylout， 此名称表明所定义的项目是外导体圆柱，并且在 x-y 平面。 另外还可以进行显示颜色的更改。 定义项目中的材料也是容易的事，可点击一种材料，并在“use in simulation”中核 对。 由于此时的对象并不代表整个同轴线，不用担心是否在模拟中使用它或对它进行材 料定义。
基于HFSS设计同轴腔滤波器
第30卷 第2期2007年4月电子器件Chinese J ournal Of Elect ron DevicesVol.30 No.2Ap r.2007Design of Coaxial Filters B ased On HFSSL I U Pen g 2y u1,2,Z H A N G Yu 2hu 2,S H EN H ai 2gen11.School of Elect ronic I nf ormation and Elect ric Engineering ,S hanghai J iao Tong Universit y ,S hanghai 200240,China;2.S hanghai S pacef li ght I nstit ute of T T &C and Telecommuniation ,S hanghai 200086,Chi naAbstract :Coaxial filters is widly used in microwave circuit s.we research how to analysis and design coaxial filters used by a 3D f ull 2wave field solver ,HFSS.The 3D f ull -wave field analysis includes t he effect s of t uning screw ,interstage coupling apert ure and inp ut/outp ut coaxial excitation.Base on t hess analysises ,we work out a S -band coaxial filter aided by simulating and optimizing in HFSS.The result of t he experi 2mentation matched well wit h t he result of simulation ,and f ulfiled technic target s.The coaxial filter has been used in a spaceflight project successf ully.The way of combining t he t raditional t heory wit h t he ad 2vanced comp uter technology has great practical value ,it can save much time and co st .K ey w ords :microwave filters ;coaxial resonator ;coupling apert ure ;HFSS EEACC :1320基于HFSS 设计同轴腔滤波器刘鹏宇1,2,张玉虎2,沈海根1(1.上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;2.上海航天测控通信研究所,上海200086)收稿日期:2006204217作者简介:刘鹏宇(19782),男,工作于上海航天测控通信研究所,工程师,主要研究方向为射频与微波电路设计,pengyu_liu @ ;摘 要:同轴腔滤波器在微波电路中有着广泛的应用,在此研究如何利用3D 全波场分析软件HFSS 分析设计同轴腔滤波器.该分析包括谐振腔调谐螺钉、腔间耦合孔及输入输出激励的影响效应.基于上述分析,借助HFSS 仿真优化得到一S 波段滤波器.其实测结果与仿真相符,满足指标要求,并已成功应用于某航天工程中.这种结合传统理论和先进计算机技术的方法可以大大节省研制周期和生产成本,具有非常大的实用价值.关键词:微波滤波器;同轴谐振腔;耦合孔;HFSS 中图分类号:TN 713 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)022******* 传统的微波滤波器设计方法已经非常成熟,但其中一些参数需要反复试验来获得.这势必要增加产品的设计周期,对于当前研制周期紧、产品数量大的要求是一个制约.利用仿真工具进行辅助设计成为目前一种非常有效的解决途径.本文即介绍如何借助H FSS 设计同轴腔滤波器.1 HFSS 简介HFSS 是ANSO F T 公司开发的一个基于物理原型的EDA 设计软件.使用H FSS 建立结构模型进行3D 全波场分析,可以计算.①基本电磁场数值解和开边界问题,近远场辐射问题;②端口特征阻抗和传输常数;③S 参数和相应端口阻抗的归一化S 参数;④结构的本征模或谐振解.依靠其对电磁场精确分析的性能,使用户能够方便快速地建立产品虚拟样机,以便在物理样机制造之前,准确有效地把握产品特性,被广泛应用于射频和微波器件、天线和馈源、高速IC 芯片等产品设计中.H FSS 有本征模解(Eigenmode Solution )和激励解(Driven Solution )两种求解方式.选择Eigen 2mode Solution 用于计算某一结构的谐振频率以及谐振频率点的场值和腔的空载Q0值.选择Driven Solution用于计算无源高频结构的S参数和特性端口阻抗、传播常数等.本课题的研究中,将用到本征模解求解单同轴腔特性和腔间耦合系数;激励解求解有载品质因数Q L值和滤波器响应特性.2 同轴腔滤波器工作原理及设计2.1 工作原理同轴腔滤波器主要用于米波、分米波段.传输TEM模,无色散、场结构简单稳定、空载品质因数高[1].其基本结构由谐振腔、腔间耦合、输入输出激励组成,如图1所示即为一个三腔同轴滤波器.输入信号通过闭合圆环耦合到谐振腔中产生谐振,能量在谐振腔之间由耦合孔进行逐级耦合,再经图1 三腔同轴滤波器结构模型(a=3.25mm,b=9mm,l=29mm,l1=l2=14mm)过输出端的闭合圆环耦合输出.各腔均工作在同一谐振频率附近,只有该谐振频率附近的电磁波有效传输,形成一带通滤波器.2.2 集总参数网络设计下面以S波段滤波器设计为例,主要技术指标见表1.表1 滤波器技术指标技术参数工作频率f0插入损耗L A带宽(4f3dB)通带波动L Ar阻带抑制L As(f0±15M Hz)输入输出阻抗Z o指标要求2.0～2.15GHz≤2dB≥8M Hz≤±0.3dB≥25dB50Ω 利用网络综合法[2],选取切比雪夫函数作为逼近函数,查表或计算[3]确定滤波器阶数n=3,对应的低通原型参数:g0=g4=1,g1=g3=1.0316,g2=1.1474,由此得到腔间耦合系数K ij和外部品质因数Q L.K ij=bwg i・g j=0.0036(i=1,j=2;i=2,j=3)(1)Q L=g1bw=266.3(2)2.3 微波结构设计2.3.1 同轴腔为减小体积和便于安装,本滤波器采用内圆外方的1/4λ缩短电容同轴腔结构.依据谐振腔结构尺寸参数选取三个原则[1]:①避免高次模,(a+b)≤λmin/π;②满足功率容量,b/a=1.65时功率容量最大;③损耗要小,b/a=3.6时Q0值最高,损耗最小.b/a一般选择在2.0～3.6之间.在此选取内导体半径a=3.25mm,外导体内半径b=9mm.内导体长度l、调谐螺钉最大调谐距离t的设计既要考虑能够满足所需的调谐范围,同时还要考虑到内导体缩短会降低Q0值[4]的因素,一般选择内导体长度为1/4λ的65%以上,在此选取l=29mm,t=3mm.谐振腔的调谐范围将通过HFSS进行仿真验算.2.3.2 耦合考虑到本滤波器属于窄带滤波器,腔间耦合[5]采用圆孔实现,输入输出耦合采用闭合半圆环实现.耦合圆孔、半圆环需要确定的参数是中心位置和半径大小.滤波器带宽基本上由级间耦合决定.设计一个在某个频率范围内可调谐的滤波器时,若要保持固定的带宽,则必须控制带宽对频率的敏感性,即要保持d(Δf)/d f=0.Cohn[6]研究得出,当耦合孔中心离腔短路端距离l1在中心频率电长度36°附近时,耦合带宽最大且随频率变化缓慢.则取l1=14mm.半圆环的几何位置通常与耦合孔保持一致,所以也取l2=14mm.关于耦合孔径的大小,下面通过HFSS仿真腔间耦合系数K ij和外部品质因数Q L获取.3 HFSS仿真分析3.1 单谐振腔仿真根据选定的结构尺寸(a=3.25mm,b=9mm, l=29mm),在H FSS中对单谐振腔建模(图2),不需要加载激励,进行Eigenmode分析,获取在不同间距t的加载电容下对应的谐振频率.仿真结果(图3)得出,当t在0.25～3mm之间调整,对应谐振频率范围在1619～2171M Hz之间变化,可以满足要求.图2 单谐振腔模型 图3 谐振频率与加载电容关系3.2 腔间耦合系数K ij仿真腔间耦合的电性能用耦合系数K ij表示.当两134第2期刘鹏宇,张玉虎等:基于H FSS设计同轴腔滤波器个相邻的谐振腔耦合在一起、并且对源和负载具有非常小的耦合时,K ij 与相邻腔谐振频率f 1、f 2存在如下关系[7]:K 12=2(f 2-f 1)/(f 2+f 1)(3)因此,对两个相邻谐振腔在不接源和负载(图4)情况下进行Eigenmode 分析(modes =2),得到在不同圆孔半径下对应的谐振频率f 1、f 2,从而绘制出对应的腔间耦合系数曲线(图5).结果表明耦合孔越大,耦合越强.图4 腔间耦合系数仿真模型图5 耦合圆孔与耦合系数关系3.3 有载品质因数Q L 仿真当单个谐振腔耦合源和负载时,有载品质因数Q L 与谐振频率f o 及3dB 带宽Δf 3dB 存在如下关系[7]:Q L =f o /Δf 3dB(4)建立模型对单谐振腔加载源和负载(图6),进图6 有载品质因数 图7 耦合圆环与有载品质仿真模型因数关系行Driven Terminal 分析,得到在不同耦合圆环半径下对应的有载品质因数Q L 曲线(图7).耦合环越大,耦合越强,Q L 值越低. 根据公式(1)、(2)中计算结果,对照以上仿真分析图表,即可选取适当的结构参数,在H FSS 中完成整个滤波器的建模(图1),经过进一步优化,获取理想的特性曲线,确定最终的结构尺寸:r _apert ure =3.18mm ,r _loop =2.6mm .4 实测结果与分析综合上述设计及优化结果,并考虑到为实物调试时留有一定的调整余量,耦合孔和耦合环半径均取的略小一些,确定最终的加工尺寸见表2.表2 同轴腔滤波器结构加工尺寸结构参数a bltl 1l 2r _loop r _aperture尺寸/mm 3.25929314142.53 按照表2结构尺寸机械加工,进行适当的谐振频率和耦合调整,获得了满意的特性曲线(图8),达到技术指标要求(表3).结果表明,插入损耗、带外抑制实测结果比与仿真结果要差一些.这是可以理解的,因为HFSS 仿真是在理想边界条件下进行的,而滤波器实物是由三个单谐振腔和输入输出端口组合在一起的,,还有腔体内部镀银表面不光滑,这些都会引入损耗[8],导致Q 0值降低,使得插损、带外抑制指标略有变差.图8 实测(粗线)与仿真(细线)滤波器响应表3 滤波器测试数据技术参数工作频率f 0插入损耗L A带宽(Δf 3dB )通带波动L Ar 阻带抑制L A s(f 0±15M Hz )驻波比指标要求2.065GHz 1.75dB8.5M Hz 0.15dB33.6dB1.345 结束语本文利用ANSO F T HFSS 仿真软件对同轴腔滤波器中的谐振腔、腔间耦合及输入输出激励进行了优化设计,确定了滤波器实际结构尺寸,测试结果与仿真一致.该方法可以有效并准确地替代传统试验方法,也可以应用在其它的微波滤波器设计中.参考文献:[1] 廖承恩,陈达章.微波技术基础[M].北京:国防工业出版社,1979.[2] 甘本,吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].北京:科学技术出版社,1973.[3] Hong Jia 2Sheng.Microstrip Filters for RF/Microwave Applications ,ncaster C opyrightc 2001John W illy &S ons ,Inc.pp.29261.[4] K urzrok R.M.Design of C omb 2Line Band 2Pass Filters (C orrespon 2dence )[J ].T ransactions on Microwave Theory and T echniques ,Jul.1966,T 2MTT 214(7):3512353.[5] 姚毅,黄尚锐.调谐滤波器的腔间耦合结构研究[J ].微波学报,1994(1):16222.[6] K urzrok R M.Design of Interstate C oupling Apertures for Narrow 2Band T unable C oaxial F ilters[J ].(C orrespondence )IRE T rans.on M i 2crowave ’Theory and T echniques ,March ,1961,MTT 210:1432144.[7] Randall W.Rhea ,HF Filter Design and Computer Simulation[M ].Mc Graw 2Hill ,Inc.,1995.[8] 高葆新.波导带通滤波器的设计[J ].国外电子测量技术,2001(1):34237.234电 子 器 件第30卷。
HFSS培训教程终稿(2024)
将连续的定解区域用有限个离散点构 成的网格来代替，这些离散点称作网 格的节点；将连续定解区域上的连续 变量的函数用在网格上定义的离散变 量函数来近似；将原方程和定解条件 中的微商用差商来近似，积分用积分 和来近似，于是原微分方程和定解条 件就近似地代之以代数方程组。
矩量法
将连续方程离散化为代数方程组的一 种数值方法，首先将待求解的数学物 理方程写成带有微分或积分算符的算 子方程，再将待求函数表示为某一组 选用的基函数的线性组合并代入算子 方程，最后用一组选定的权函数对所 得的方程取矩量，就得到一个矩阵方 程或代数方程组。
12
HFSS软件建模方法
01
自顶向下建模
从整体到局部，先建 立总体结构，再逐步 细化各部分细节。来自02自底向上建模
从局部到整体，先建 立各个零部件，再组 合成完整模型。
03
参数化建模
利用参数化技术，通 过调整参数来改变模 型形状和尺寸，提高 建模效率。
04
脚本建模
使用脚本语言编写建 模程序，实现自动化 建模和批量处理。
分析高速电路中的信号传输和 电磁干扰问题，优化互连结构
设计。
2024/1/29
14
04
HFSS软件仿真技术
Chapter
2024/1/29
15
HFSS软件仿真流程
设置边界条件和激励
为模型设置合适的边界条件和 激励源，以便进行准确的仿真 分析。
求解设置
设置求解参数和求解器，以便 进行高效的仿真计算。
后处理界面
提供数据可视化工具，支持用户 对求解结果进行查看和分析。
8
HFSS软件基本操作
创建新项目
选择适当的工作目录和文件名，设置 求解类型和其他相关参数。
电磁仿真HFSS并行计算配置方案2014
电磁仿真HFSS并⾏计算配置⽅案2014HFSS电磁仿真应⽤与硬件配置⽅案2014 Ansoft HFSS是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件；是世界上第⼀个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的电⼦设计⼯业标准。
HFSS提供了⼀简洁直观的⽤户设计界⾯、精确⾃适应的场解器、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 15.0⾼性能计算的改进与硬件配置推荐HFSS 15.0 新版本增加了多项新功能，帮助设计师⼤幅提升设计能⼒与效率，主要包括：●更快矩阵求解器；新的有限⼤阵列天线求解器，⼤幅度提⾼求解效率●FEM-IE 混合算法进⼀步改进，宽带扫频的改进，提升低频段扫频精度，更⽅便的ECAD接⼝●HFSS Transient 瞬态求解器GPU加速●⽀持多层次并⾏计算HFSS三维电磁仿真⽹格计算应⽤之计算硬件架构1．图形⼯作站求解⽅案HFSS 15.0⽀持共享内存（SMP）架构的双路或四路多核的并⾏计算求解，⽀持双路和四路系列处理器，内存容量越多，求解规模越⼤，CPU核数越多和频率越⾼，计算速度越快，计算时间也就越短，增加⽀持GPU并⾏计算。
⽬前最新CPU规格是 intel的双路Xeon E5 2600v2系列或四路Xeon E5 4600、XeonE7 4800v2系列，GPU计算卡Quadro K5000、K6000、Tesla K20、K40等2.分布式计算集群求解⽅案HFSS⽀持分布式集群的并⾏计算，通过访问计算机分布式集群⼤容量内存，实现⾼仿真模型计算，借助多个处理器运算，减少仿真时间DDM⾃动分割⼏何体的有限元⽹格到⼀组更⼩的⽹格（称为域，对等尺⼨⼤⼩）。
HFSS根据⽹格⼤⼩和可⽤的处理器的计算机和数量⽽定，确定域的最佳数⽬。
由于HFSS计算能⼒的不断提升，⼯程师们越来越多地依赖HFSS进⾏⼤规模电磁场仿真，与此同时，还需要对⼤规模运算问题进⾏参数扫描分析和优化，ANSYS R15 中，HFSS15 ⽀持多层次的并⾏运算，能够将多个设计变量⾃动分配到多个计算节点上进⾏，⽽每个计算节点. ⼜可以作为主机，发起⼤规模并⾏计算，利⽤多台计算机上的多个处理器核与内存进⾏并⾏求解，从⽽提升⼤规模、多设计变量问题的仿真速度按电磁仿真计算规模划分硬件配置⽅案：推荐机型：UltraLAB T330（通⽤型图形⼯作站）型号： UltraLAB T330 13532-S11T1AA主要配置:4核Xeon E3 1270v3/32GB/QK600/128GB SSD+1TB SATA企业级推荐机型：UltraLAB T570（通⽤型图形⼯作站）型号： UltraLAB T570 23464-S11T4ARA主要配置:8核Xeon E5 2687Wv2/64GB/QK600/128GBSSD/3TB 超级盘推荐机型：⾼性能计算⼯作站EX570型号：UltraLAB EX570 230160-S12T8AC主要配置20核Xeon E5 2690v2/160GB/QK4000/256GB SSD/7TB 超级盘推荐机型：超级图形⼯作站EX580型号：UltraLAB EX580 427256-S15P6T5BRD主要配置32核Xeon E5 4650/256GB/QK5000/512GB SSD+600GB闪电盘/7TB超级盘推荐机型：超级图形⼯作站Alpha700型号：UltraLAB Alpha700 428512-S15PAT8ARE主要配置60核Xeon E7 4890v2/512GB/4*QK6000/512GB SSD+1.2TB闪电盘+7TB超级盘6.分布式集群仿真计算⽅案6.1管理节点型号 UltraLAB R330 13316-S12T8DRi主要配置:4核Xeon E3 13032/16GB/128GB SSD/28TB超级盘6.2主计算节点型号 UltraLAB R570 23496-S11A43Ri主要配置 16核Xeon E5 2687Wv2/96GB/128GBSSD+900GB⾼速盘配置明细配件品牌和型号数量CPU 8核Xeon E5 2687Wv23.4Ghz/25MB/双8.0GTs，共计16核2芯⽚组intel C600+PCH Chips内存8GB DDR3 1866 Reg ECC 12 GPU计算卡可选 1硬盘系统128GB SSD系统盘900GB PCIE-SAS⾼速读写盘1光驱DVD 1 ⽹卡千兆以太端⼝ 26.3计算节点型号 UltraLAB R570 23464-S11A43Ri主要配置 16核Xeon E5 2687Wv2/64GB/128GBSSD+900GB⾼速盘配置明细该集群特点：1.处理器采⽤最⾼频率⾼达3.4Ghz,⽆论前处理还是求解都能达到最⼤性能2.⽀持GPU加速扩展(可选)3.配置⾼速盘保证迭代计算密集回写的瓶颈降到最低4.整个集群达到做到了⾼性能计算均衡配置的完美5.⽀持⼯作站/服务器双应⽤扩展，提升机器的使⽤效率6.整个集群可以在办公环境下运⾏，全速计算45分贝以内。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课程设计报告
设计题目：采用电磁仿真软件HFSS数值仿真同轴
连接器及其电磁场性能分析学院：电子工程学院
专业：电子信息工程
班级： 0212XX
学号： 0212XXXX
姓名： XXX
电子邮件：
日期： 2016年01月
成绩：
指导教师：李 X
西 安 电 子 科 技 大 学 电 子 工 程 学 院 课 程 设 计 任 务 书 学生姓名 指导教师 职称 学生学号 0212 专业 电子信息工程 题目 采用电磁仿真软件HFSS 数值仿真同轴连接器及其电磁场性能分析 任务与要求 根据《电磁场与电磁波》和《微波技术基础》课程的理论学习，通过学习电磁仿真软件Ansys HFSS ，掌握其基本原理和使用方法，并采用HFSS 数值仿真——同轴连接器，分析其输入阻抗特性、网络参数特性、同轴线内部场分布和电流分布等传输线参数，以巩固所学习的电磁场传输问题。
要求： （1）学习Ansys HFSS 全波电磁仿真软件； （2）掌握HFSS 的使用方法，并能准确地进行数值仿真计算； （3）全波仿真同轴连接器，给出全波仿真同轴连接器的网络散射参数随频率的变化特性，同轴连接器中的电磁场分布图以及各端口的场特性。
开始日期 2016年 01月 06 日 完成日期 2016年 01月20 日 课程设计所在单位 电子工程学院 本表格由电子工程学院网络信息中心 编辑录入 .
…
…
…
……
…
…
…
…
…
装
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
订
…
…
…
…
……
…
…
…
…
…
…
线
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
采用HFSS数值仿真同轴连接器及其电磁场性能分析
XXX
（西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安 710071）
摘要：本文首先简要介绍了同轴线及同轴连接器的概念，并利用HFSS电磁仿真软件对同轴弯头连接器进行了仿真，给出了同轴连接器的网络散射参数随频率的变化特性，同轴连接器中的电磁场分布图以及各端口的电磁场特性。
通过HFSS仿真软件将抽象的电磁场概念具体化，有助于对微波课程的进一步理解。
关键词：同轴连接器；HFSS软件；网络散射参数；电磁场分布
一、同轴连接器的基本理论
1.1同轴线的基本概念
同轴线(coaxial line)是由同轴的内、外导体构成的双导体传输线，也称同轴波导，广泛应用于宽频带馈线、宽带元件的设计。
同轴线以TEM模为主要工作方式，但当同轴线的横向尺寸与工作波长可比拟时，同轴线中将出现TE和TM 模，即同轴线的高次模。
同轴线中TEM波的场结构如图1所示，其中实线表示电场，虚线表示磁场，传输方向上没有电场、磁场分量。
图1 同轴线中TEM波的场结构图
同轴线的尺寸选择原则为：保证在工作频段内只传输TEM波；使同轴线功率容量最大；损耗尽可能小。
功率容量最大时，若填充的是空气介质，特性阻抗为30Ω；损耗最小时，对应特性阻抗为76.7Ω.传输功率容量最大和衰减最小不能同时满足，为了两者兼顾一般采取折衷尺寸，则对应同轴线的特性阻抗为50Ω。
同轴线主要分为硬同轴线与软同轴线，硬同轴线内外导体之间的介质为空气，内导体用高频介质垫圈等支撑；软同轴线又称为同轴电缆，电缆的内外导体之间填充高频介质，内导体由单根或多根导体组成，外导体由铜线编织而成，外层再包一层软塑料等介质。