Ansoft HFSS設計步驟及應用

　　Ansoft HFSS 是世界上第一個商業化的三維結構電磁場仿真軟件，可分析仿真任意三維無源結構的高頻電磁場，可直接得到特征阻抗、傳播常數、S參數及電磁場、輻射場、天線方向圖等結果。該軟件廣泛應用于無線和有線通信、計算機、衛星、雷達、半導體和微波集成電路、航空航天等領域，以幫助客戶設計世界一流的產品。
　　Ansoft HFSS提供了一個直觀、易于使用、用于建立任意三維無源器件模型的界面。創建一個設計包括以下幾個步驟：
　　1）File>New，然后點擊Project>Insert HFSS Design，新建一個Project。當然可以通過File>Open，打開一個已經存在的Project。
　　2）HFSS>Solution Type，設置解算類型，確定如何激勵和收斂。HFSS有三種解算類型，第一種是模式驅動（Driven Modal），根據波導模式的入射和反射功率表示S參數矩陣的解；第二種是終端驅動（Driven Terminal），根據傳輸線終端的電壓和電流表示S參數矩陣的解；第三種是本征模（Eignemode），求解物理結構的諧振頻率以及這些諧振頻率下的場模式。
　　3）創建互連結構模型。HFSS擁有強大的全參數三維模型創建功能，簡單的實體建模中，直接使用HFSS中提供的基本圖形（主菜單>Draw）即可，當創建復雜的物體時，可以用布爾運算操作（3D Modeler>Boolean）完成挖洞、切開或連接等功能。
　　4）在創建每一個基本結構單元時，HFSS都會提示確定其屬性，如介電常數等，默認的材料特性是真空（Vacuum）。
　　5）指定平面設置邊界條件（HFSS>Boundaries>Assign）。HFSS有多種邊界條件，在高速設計中最常用的有，理想電邊界（Perfect E）表示電場垂直于表面。任何與背景相關聯的物體表面和任何被賦值為PEC（理想電導體）的物體表面將被自動地設置為Perfect E邊界；理想磁邊界（Perfect H）是指電場方向與表面相切；阻抗邊界（Impedance）用解析公式計算場行為和損耗的電阻性表面；輻射邊界（Radiation）也被稱為吸收邊界，用來模擬開放的表面；完美匹配層邊界（PML）用一種非實際的、阻抗與自由空間相匹配吸收層來模擬開放空間。
　　6）指定端口設置激勵（HFSS>Excitations>Assign）。HFSS主要有波端口（Wave Ports）和集中端口（Lumped Ports），而在高速設計中，使用波端口的情況比較多。HFSS假定你定義的波端口連接到一個半無限長的波導，該波導具有與端口相同的截面和材料，每個端口都是獨立地激勵并且在端口中每一個入射模式的平均功率為1瓦，使用波端口可以計算特性阻抗、復傳播常數和S參數。
　　值得注意的是，在設置波端口大小時也是很講究的，以經常遇到微帶線端口為例，如果設微帶線寬為W，高為h，設置如圖1所示。
　　
　　圖1 微帶線波端口大小設置
　　7）分析設置。通過HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup可以進行自適應頻率和收斂標準的設置，通過HFSS>Analysis Setup>Add Sweep可以得到互連結構的掃頻響應，通常選擇插值（Interpolating）掃頻。
　　8）數據處理（HFSS>Results）。HFSS具有功能強大又很靈活的數據管理和繪圖能力，可以輸出適合于Matlab編程，后綴為.m的S/Y/Z矩陣參數文件。
　　Ansoft HFSS的應用
　　HFSS軟件擁有強大的天線設計功能，它可以計算天線參量，如增益、方向性、遠場方向圖剖面、遠場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：
　?、倩倦姶艌鰯抵到夂烷_邊界問題，近遠場輻射問題；
　?、诙丝谔卣髯杩购蛡鬏敵?；
　?、跾參數和相應端口阻抗的歸一化S參數；
　?、芙Y構的本征?；蛑C振解。
　　而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer構成的Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎的高頻設計解決方案，提供了從系統到電路直至部件級的快速而精確的設計手段，覆蓋了高頻設計的所有環節。