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HFSS与MWS简介及HFSS使用心得

作者:  信息来源:无忧机械电子  2007-1-15

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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CST公司的MicroWave Studio(微波工作室)、美国Ansoft公司的HFSS(高频电磁场仿真),而诸如Zeland等软件则最多只能算作2。 就目前发行的版本而言, CST的MWS的前后处理界面及操作感比HFSS好很多,然而Ansoft也意识到了自己的缺点,在将要推出的新版本HFSS(定名为...
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CST公司的MicroWave Studio(微波工作室)、美国Ansoft公司的HFSS(高频电磁场仿真),而诸如Zeland等软件则最多只能算作2.5维的。
就目前发行的版本而言, CST的MWS的前后处理界面及操作感比HFSS好很多,然而Ansoft也意识到了自己的缺点,在将要推出的新版本HFSS(定名为Ansoft Designer)中,界面及操作都得到了极大的改善,完全可以和CST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,CST和ANSOFT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,MWS采用的理论基础是FDTD(有限时域差分方法),所以MWS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HFSS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HFSS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Ansoft进入中国市场较早,所以目前国内的HFSS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Ansoft HFSS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HFSS,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。这里面的约束主要在几何对称和激励对称要求。如果一个问题的激励并不要求是可改变的,比如全部同相馈电的阵列,此时最好采用对称,甚至可以采用2个对称(E和H对称),将可以大大节约时间和设备资源。

2.2、面的使用
在实际问题中,有很多结构是可以使用2维面来代替的,使用2维面的好处是可以极大的减少计算量并且结果与使用3维实体相差无几。例如计算一个微带的分支线耦合器,印制板的微带以及地都可以指定某些面为理想电面代替,这样可以很快的获得所需要的物理尺寸及其性能。再以计算偶极子为例,如果偶极子是以理想导体为材质的圆柱,那么相同的其他条件下其计算时间大约是采用等效面为偶极子的4~5倍,由此可见一般。

2.3、Lump Port(集中端口)的使用
在HFSS8里提供了一种新的激励:Lump Port,这种激励避免了建立一个同轴或者波导激励,从而在一定程度上减轻了模型量,也减少了计算时间。Lump Port也可以使用一个面来代表,要注意的是对该Port的校准线和阻抗线的设置一定要准确,端口在空间上一定要与其他金属(或电面)相接,否则结果极易出错。

2.4、关于辐射边界的问题
在不需要求解近(远)场问题时,比如密封在金属箱体里面的滤波器等密闭问题,无需设置辐射边界。
在需要求解场分布或者方向图时,必须设置辐射边界。这里有些需要注意的问题:在计算大带宽周期性结构时,比如3个倍频程,最好分段计算,例如以一个倍频程为一段,也就是说在不同的频段计算时设置不同大小的辐射边界,否则在计算的
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