HFSS的后处理及场计算器的使用.ppt
HFSS的后处理及场计算器的使用
HFSS的后处理及场计算器的使用HFSS（High Frequency Structural Simulator）是一种高频结构仿真器，用于解决电磁场问题。
在HFSS中，用户可以进行电磁场计算和后处理分析。
本文将介绍如何使用HFSS后处理和场计算器。
首先，我们来了解HFSS的后处理功能。
HFSS后处理是通过对仿真结果的分析和可视化来帮助用户了解电磁场的分布和性质。
HFSS的后处理功能包括以下几个主要工具：1.器件导出：通过器件导出功能，用户可以将HFSS仿真结果导出为其他软件所支持的格式，如DXF、IGES、SAT等。
这样，用户可以将仿真结果与其他工具进行进一步分析。
2. 短路分析：在HFSS中，用户可以通过短路分析工具来诊断可能的短路问题，并找到解决办法。
短路分析工具可以进行多种类型的短路检测，如Inductance、Capacitance、Resistance等。
3.集总参数提取：HFSS后处理可以将仿真结果提取为集总参数，如S参数、Y参数等。
这些参数可以用于进一步分析和设计。
4.等效电路提取：HFSS后处理可以根据仿真结果提取等效电路模型。
这可以方便用户在其它电磁场仿真软件中使用。
5.散货分析：在HFSS中，用户可以进行散货分析，了解电磁场在散货上的分布。
用户可以通过可视化工具，如散射截面、散货图等，来评估散货的效果。
6.功率分析：HFSS可以进行功率分析，用于评估电磁场的功率密度和功率损耗。
通过功率分析，用户可以了解设备的能耗和效率。
以上是HFSS的一些主要后处理工具，用户可以根据自己的需求进行选择和使用。
现在，我们将重点介绍HFSS的场计算器（Field Calculator）工具，它是HFSS的核心功能之一场计算器是HFSS中用于计算电磁场参数的工具。
通过场计算器，用户可以计算并分析电磁场的各种参数，如电场、磁场、功率流密度等。
用户可以选择感兴趣的区域进行计算，并将计算结果可视化，便于分析和比较。
HFSS及其应用课件
HFSS
三、 HFSS 的应用
口比吸收率(SAR)计算
比吸收率是单位质量的人体组织所吸收的电磁辐射能量，它的 大小表明了电磁辐射对人体健康的影响程度。
HFSS 可以准确地计算出指定位置的局部SAR 和平均SAR。
HFSS
三、 HFSS 的应用
□ 光电器件仿真设计
HFSS 的应用频率(30MHz~300GHz) 达到光波波段，能够精确仿 真光电器件的特性。
Coordinates—
× 2 208 216 224 52.32
24
2.48 256 264
102.72
可
Y
1568716005 15.31317441
149603563
1462450233
1430185111 13.96927687
1368400951 13.38374463
13.08660718 12.79134572
aluminum aluminum
aluminum EC
aluminum no2 EC
Arlon 25FR(tm)
Arlon 25N(tm)
Arlon AD1000(tm)
Location
Project SysLibrary SysLibrary SysLibrary SysLibrary
SysLibrary
Relative Permittivity
1.0006 1.0006 9.8 8.8
9.2 9.4
1 1 1 1
3.58 3.38
10.2
Relative Permeability
1.0000004 1.0000004 1 1
1 1
1.000021 1.000021
HFSS后处理及场计算器使用
Stack Operations: Button for manipulating stack
Calculator Functions: Orgnized groupings of all the avaliable calculator functions in button format. Some buttons contain further options as drop-down menus
Scalar data (not complex or vector data), such as finding the Cosine of a value using the trig functions.
INPUT column contain all operations which input new data into the stack (field data, constant, user-entered vector or complex numbers, etc. GENERAL column contains operations which can be performed on many data types (e. g. adding scalar values or adding vectors)
4-19
HFSS Field Calculator: Definition
A tool for performing mathematical operations on ALL saved field data in the modeled geometry
E,H,J, and Poynting data available Perform operations using drawing geometry or new geometry created in Post3 Perform operations at single frequency (interpolating or discrete sweeps) or other frequencies (fast sweep) Generate numerical , graphical, geometrical or exportable data Macro-enabled
HFSS的前、后处理
表达式 操作区
场计算器 操作区
场计算器分区
指定数据 关联
4-19
表达式操作区
建立表达式
使用“Add”键，由场 计算器堆栈导入表达式 ； 使用“Load From”键 ，由场计算器表达式文 件（*.clc）导入表达式 ；
输出表达式
使用“Copy to stack” 键，将已存在的表达式 导出到场计算器堆栈； 使用“Save to”键，将 已存在的表达式保存成 场计算器表达式文件（ *.clc） ；
场和矩阵的后处理 及场计算器入门
电子科技大学 贾宝富
4-1
HFSS的基本设置分类
求解
前处理 后处理
求解设置.
4-2
HFSS 的前处理过程
HFSS的前处理过程除了绘制模型之外，主要有求解类 型设置（Solution Type）和确认检查（Validation Checking）。 Solution Type
注：在绘制场图前必须先选择一个面或者一个多点 线。
4-12
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Solution Data
4-13
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Output Variables
4-14
Ansoft HFSS的后处理（Fields）
Fields
4-15
Driven Terminal Solution（终端驱动解）
S-parameters（S参数图形） Y-parameters（Y参数图形） Z-parameters（Z参数图形） VSWR（驻波比） Power（功率） Voltage Transform matrix (T)（电压传输矩阵） Terminal Port Zo（端口波阻抗）
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。
场计算器(HFFS)
Abs取绝对值：对第一行的算式取绝对值。可用于矢量、复数、标量。
Smooth平滑：对第一行的算式进行平滑操作。在作图时使曲线平滑，由于 网格剖分和求解精度的关系，场量在跨越网格时可能在数值上产生跳跃。可 作用于所有数据类型。直接输出的场量计算都已自动进行该操作。
数据类型共分三大类: Quantity, Geometry, Combination.
Quantity 主要是场数据、用户自定义数据或者是先前操作的数据结果。 Csc 表示标量复数，形式为 (Re, Im)。 Cvc 表示矢量复数，形式为(Vx, Vy, Vz)，Vx = (Re, Im)。 Vec 表示三维矢量，形式为 (Vx, Vy, Vz) ，其中Vx等是标量。 Scl 表示标量值。
Normal计算物体表面或曲面上的法向分量。
Unit Vec > Tangent 和 Normal。法向或切向单位矢量。Tangent：切向单 位矢量；Normal:法向单位矢量.
Ansoft HFSS V11 场计算器使用指南
3.1-12
HFSS场计算器使用指南
计算结果输出
Value计算空间某点的场量值，场量幅度值，场量的 X，Y， Z分量。第 二输入行的数据可以是矢量或标量但必须是实数。第一行的几何图形可 以是任意（点、面、线或体）
Dot 和 Cross 点乘和叉乘。Dot 操作后结果变为标量（实数或复数，依 赖于操作的矢量形式）。
Divg (Divergence) 和 Curl矢量散度计算和矢量旋度计算 。 Divg 操作后 结果为标量。
Tangent矢量在曲线上切向分量计算。建立矢量算式；通过
[Geometry/Line] 选择物体；选择[Tangent] 计算切向分量。
HFSS软件使用基础介绍PPT课件
根据实际场分布绘制集总端口终端线：由同轴线内芯外表面指向屏 蔽层内表面
4.求解设置：频率、收敛误差、扫频分析、网格剖分 （1）频率和收敛标准设置：【HFSS】【Analysis Setup】 【Add
Solution Setup】
输入频率：13.56MHz
自适应网格剖分过程中，每次网格细化的迭代过程叫做一个Pass， HFSS会基于当前网格计算出的S参数（或能量E、频率F），和上一次 计算结果比较，如果求出的误差ΔS小于设置的收敛标准，表示解已 经收敛，自适应网格剖分计算完成。波端口激励和集总端口激励问 题使用ΔS作为收敛误差的判断标准。
（4）设置端口激励 HFSS中最常用：波端口激励Wave Port、集总端口激励Lumped Port。 同轴线端使用集总端口激励即可，设置端口阻抗为50Ω。
建好的同轴线模型
【Draw】【Circle】 新建一个非实体圆形面作为集总端口平面
选中该圆形面【HFSS】【Excitations】【Assign】 【Lumped Port】
4.参考文件
谢谢大家！ 欢迎探讨！
2.1 工作环境介绍
菜单栏 工具栏
3D模型窗口
工程管 理窗口
特性窗口
状态栏
信息管理窗口
进度窗口
1.File菜单：管理HFSS工程文件以及进行打印操作
新建工程 打开工程 关闭工程 存盘操作
打印操作
最近打开 的文件
退出
• 2.Edit菜单：修正3D模型及进行撤销和恢复等操作
3.View菜单：显示/隐藏子窗口、更改模型显示方式
经验准则： fmax/fmin<4：快速扫频 fmax/fmin<4：插值扫频 离散扫频使用较少
HFSS场计算器使用指南
HFSS场计算器使用指南HFSS场计算器使用指南1、介绍1.1 背景信息1.2 目的和范围2、安装和启动2.1 硬件和软件要求2.2 安装步骤2.3 启动程序3、用户界面3.1 主界面概述3.2 菜单栏和工具栏3.3 工作区域和视图控制3.4 参数设置和输入4、创建模型4.1 创建几何形状4.2 定义材料属性4.3 设定边界条件5、设置场计算选项5.1 选择求解器类型5.2 设定求解器参数5.3 设置求解器的收敛准则5.4 选择场分析类型6、运行场计算6.1 预处理步骤6.2 设定计算域和网格精度 6.3 运行场计算过程6.4 后处理结果7、优化设计7.1 设定设计参数7.2 定义目标函数和约束条件 7.3 运行优化算法7.4 分析优化结果8、故障排除8.1 常见问题和解决方案8.2 参考文档和资源9、附件- 示例模型文件- 用户手册附录:1、法律名词及注释- HFSS：高频结构仿真软件 (High Frequency Structure Simulator)- 场计算器：用于解决电磁场问题的软件工具- 几何形状：描述实体、面和边的几何图形- 材料属性：描述介质的电磁特性，如介电常数、导电性等 - 边界条件：描述模型边界上的物理特性，如边界反射、吸收等- 求解器：用于数值求解和计算电磁场分布的算法和方法- 收敛准则：判断求解器结果是否足够精确的判据- 场分析类型：根据问题需求，选择正确的场计算方法 - 优化设计：通过调整设计参数来优化电磁场性能- 目标函数：优化设计中要最小化或最大化的性能指标 - 约束条件：限制优化设计的约束条件，如尺寸、能耗等2、本文档结束 \。
HFSS场计算器使用指南
HFSS场计算器使用指南Ansoft公司2008年12月目录1. 场计算器打开方式 (1)2. 场计算器界面介绍 (2)3. 场计算器功能介绍 (2)3.1 算式输入和确认区 (2)3.2 算式输入区操作 (3)3.3 物理量输入 (3)3.4 栈区数据类型 (4)3.5 数据类型转换 (5)通用运算符操作 (6)3.6 General3.7 标量操作 (7)3.8 矢量操作 (7)3.9 计算结果输出 (8)4. 计算结果处理 (8)4.1 计算结果报告图 (8)4.2 计算结果场覆盖图 (9)5. 场计算器使用实例 (11)5.1 示例一：表面法向场幅度计算 (11)5.2 示例二：场相位图 (12)5.3 示例三：计算沿特定曲线切向电场的相位并作图 (14)6. 使用注意事项 (15)1. 场计算器打开方式可以通过菜单、工程树或工具栏来打开场计算器。
（1）通过菜单打开：HFSS > Fields > Calculator；（2）通过工程管理窗口打开：右击Field Overlay 选择Calculator；（3）通过工具栏打开；2. 场计算器界面介绍3. 场计算器功能介绍3.1 算式输入和确认区算式输入自上而下，最上面算式是最新输入的，最下面算式的是最先输入的。
注意：这与传统的手持式数学计算其输入是相反的。
HFSS 直接提供的物理量设置场量计算时的求解设置、频率、相位改变变量数值计算公式输入区/栈区物理量选择和输入通用运算符和量值选取 标量和数值计算符矢量运算符计算结果输出算式编辑（删除、改变次序等）3.2算式输入区操作算式输入区操作是通过其底部一排按钮实现的。
Push：压栈，将算式显示区的第一行压入栈区作缓存。
Pop：出栈，将栈区中的算式弹出进入算式输入区，算是中原有的第一行删除。
Rlup：向上滚动，栈区顶行移动到栈区底部，栈区内其他部分上移。
Rldn：向下滚动，栈区底行移动到栈区顶部，栈区内其他部分下移。
AnsoftHFSS基础及应用教学课件ppt作者谢拥军全书第2章
2.1微波工程问题的分析方法 1.解析法 解析法包括分离变量法和变换数学法，分离变量法是针对微分方程而言的，变换数学法是针对积分方程而言的。
解析法能够得到待求函数的闭式解，但是仅仅能够解决几种简单、经典的微波结构，如矩形或六面体结构、圆柱或椭圆柱结构以及圆或球等。
2.近似解析法 近似解析法包括变分法、微扰法、高频和低频近似法以及直线法等。
很多复杂的微波工程问题都可以看做是某个简单的、有解析解的问题的某种变化，变分法和微扰法都能够对这类问题给出以对应简单结构的解为主项的近似解（变分法中称为试探函数）。
相对来讲，变分法利用了解的变分表达式的驻点特性，其解比微扰法更加准确。
高频近似法如物理光学法、几何光学法、几何绕射理论等，是在电磁散射和辐射问题中，当散射体或者辐射体的电尺寸（即几何尺寸和微波工作波长的比值）很大(一般定义为大于10λ)时，对于微波及其与目标的相互作用采取光学近似以简化计算的方法。
相应地，低频近似法是在微波结构的电尺寸很小时，采取静电场近似以简化计算的方法。
直线法是指在多维问题的求解过程中，在某些维方向上采用解析函数表达，而在其它维数的方向上采用离散和插值的一种方法。
2.2.2基于加权残数法的矩量法和有限元方法简介 矩量法和有限元数值方法的一般原理是这样的： (1)建立待求微波工程问题的支配方程。
(2)对于待求解的物理问题建立包含本构参数的几何模型和求解区域。
(3)对于几何模型和求解区域进行离散化剖分。
(4)利用加权残数法建立误差泛函。
(5)利用对应离散化剖分单元的分域基函数离散化误差泛函，建立对应矩阵方程。
(6)求解矩阵方程，获得待求函数的离散化近似解。
式中，J (r′)是待求的表面电流，E i t是已知的入射场，G(r,r′)是格林函数，式中其它参数的意义不再详细介绍。
这里需要指出两点： （1）格林函数目前仅仅在自由空间、分层介质和部分规则腔体等特殊情况下有解，而且其推导和计算均有一定的难度。
HFSS经典教程超好的参考资料.优秀精选PPT
进入端口积分绘制状态后，用鼠标光标点击高亮面的下边缘中间 位置，然后点击上边缘中间位置。这就设置好了积分线，最后结 果如图。其它两个面的设置方法与此一样
添加求解设置
在Project Manager窗口中，选中Analysis节点，点击 右键，在弹出的快捷菜单中点击【Add Solution Setup…】，打开对话框如下图
设置单位 项前都是绿色的勾则表示设计没有错误。如下图所示
设置本工程的默认长度单位为in
检验完设计完整性和正确性后，从主菜单选择【HFSS】 至此，一个简单的模型建立起来，点击【HFSS】→【Validation Check】检验设计的完整性和正确性，如果各项前都是绿色的勾则表示
设计没有错误。
除上面说到→的众【多功A能，nHaFSlSy软z件e还A有一ll】个重要，的功运能就行是对仿设计真模型分进行析优化分析
下面介绍一下优化的设置方法 上面变量添加完毕后单击【Done】按钮，随后在Add/Edit Calculation对话框的Category列选择Output Variables，在Quantity栏列出刚才 定义的输出变量，power1、 power2、 power3，一次选中它们然后单击【Add Calculation】按钮添加3个输出变量，最后点击【Done】 按钮回到Setup Sweep Analysis对话框，结果如下图 1、由于操作得比较少，对多变量的优化经验不足 进入端口积分绘制状态后，用鼠标光标点击高亮面的下边缘中间位置，然后点击上边缘中间位置。 对话框所有设置保持不变，单击【Done】按钮，此时选中的模型上表面会显示出场的分布情况，如图所示 在不断的使用中掌握了很多技巧，对这个软件也是越来越熟练。 上面变量添加完毕后单击【Done】按钮，随后在Add/Edit Calculation对话框的Category列选择Output Variables，在Quantity栏列出刚才 定义的输出变量，power1、 power2、 power3，一次选中它们然后单击【Add Calculation】按钮添加3个输出变量，最后点击【Done】 按钮回到Setup Sweep Analysis对话框，结果如下图 图形显示S参数计算结果 模式驱动：以模式为基础计算S参数，根据导波内各模式场的入射功率和反射功率来计算S参数矩阵的解 选择Setup Sweep Analysis对话框的Calculations选项卡，单击【Setup Calculation】按钮，在打开的对话框单击【Output Variables】按钮 ，定义和添加输出变量，定义结果如图： 从学习hfss软件以来，已能基本掌握设计仿真功能。 将工程保存为tee，并插入设计teemodal后的界面 从上面看出，offset=0.
HFSS的后处理及场计算器的使用
-
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Solution Data
4-5
-
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Output Variables
4-6
-
Ansoft HFSS的后处理（Fields）
Fields
4-7
-
4-8
-
Ansoft HFSS的后处理（Radiation）
HFSS的后处理及 场计算器入门
电子科技大学 贾宝富
4-1
-
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Create Report
4-2
-
可绘制图形
Eigenmode solution（本征模解）
Eigenmode Parameters (modes)（本征模参数图形）
Driven Modal Solution（驱动模式解）
4-15
-
Capacitive and inductive load terminations
4-16
-
Capacitive and inductive discontinuities
4-17
-
Mixed capacitive and inductive loading
4-18
-
The TDR waveform reveals trace discontinuities
4-20
-
表达式 操作区
场计算器 操作区
场计算器分区
指定数据 关联
4-21
-
表达式操作区
建立表达式
使用“Add”键，由场 计算器堆栈导入表达式 ； 使用“Load From”键 ，由场计算器表达式文 件（*.clc）导入表达式 ；
HFSS的后处理及场计算器的使用.ppt
SCALAR column operations can only be performed on Scalar data (not complex or vector data), such as finding the Cosine of a value using the trig functions.
4-26
HFSS Field Calculator: Detail Layout-
Stack
As data is entered into the calculator it appears at the TOP of the stack, pushing
older entries DOWN
UNDO attempts to take back the last operation between stack enties. It may not work for all data types (e.g. the result of a pure math operation cannot be reversed)
menus
Status Bar(not currently shown):
4-24
HFSS Field Caculator: Data Types
Geometric surface generated along E
field iso-value contour
Vector data output to a plane geometry
Each stack entry will be preceded by a unique code denoting its data type
Mathematical:
- 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。
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- 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)。
电子科技大学 贾宝富
4-1
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Create Report
4-2
可绘制图形
Eigenmode solution（本征模解）
Eigenmode Parameters (modes)（本征模参数图形）
Driven Modal Solution（驱动模式解）
4-10
The Reflection Coefficient
TDR measurements are described in terms of a
Reflection Coefficient, (rho). The coefficient r is
the ratio of the reflected pulse amplitude to the incident pulse amplitude:
The TDR instrument sends a pulse through the medium and compares the reflections from the unknown transmission environment to those produced by a standard impedance.
注：在绘制场图前必须先选择一个面或者一个多点 线。
4-4
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Solution Data
4-5
Ansoft HFSS的后处理（Results）
Output Variables
4-6
Ansoft HFSS的后处理（Fields）
Fields
4-3
可绘制图形
Fields(场)
Mag_E Mag_H Mag_Jvol Mag_Jsurf ComplexMag_E ComplexMag_H ComplexMag_Jvol ComplexMag_Jsurf Local_SAR (Specific Absorption Rate) Average_SAR
4-7
4-8
Ansoft HFSS的后处理（Radiation）
Radiation
4-9
What is Time Domain Reflectometry?
Time Domain Reflectometry (TDR) measures the reflections that result from a signal travelling through a transmission environment of some kind – a circuit board trace, a cable, a connector and so on.
S-parameters（S参数图形） Y-parameters（Y参数图形） Z-parameters（Z参数图形） VSWR（驻波比） Power（功率） Voltage Transform matrix (T)（电压传输矩阵） Terminal Port Zo（端口波阻抗）
Generate numerical , graphical, geometrical or exportable data
Macro-enabled
4-操作区
场计算器分区
指定数据 关联
4-21
表达式操作区
建立表达式
使用“Add”键，由场 计算器堆栈导入表达式 ；
4-11
4-12
Calculating the Impedance of the Transmission Line and the Load
4-13
Short and open circuit terminations
4-14
Matched and mismatched load terminations
使用“Load From”键 ，由场计算器表达式文 件（*.clc）导入表达式 ；
输出表达式
使用“Copy to stack” 键，将已存在的表达式 导出到场计算器堆栈；
使用“Save to”键，将 已存在的表达式保存成 场计算器表达式文件（ *.clc） ；
4-22
指定关联区
指定场计算器 使用数据的出 处。
4-19
HFSS Field Calculator: Definition
A tool for performing mathematical operations on ALL saved field data in the modeled geometry
E,H,J, and Poynting data available
Perform operations using drawing geometry or new geometry created in Post3
Perform operations at single frequency (interpolating or discrete sweeps) or other frequencies (fast sweep)
S-parameters（S参数图形） Y-parameters（Y参数图形） Z-parameters（Z参数图形） VSWR（驻波比） Gamma (complex propagation constant)（复数形式的传播常数） Port Zo（端口波阻抗）
Driven Terminal Solution（终端驱动解）
4-15
Capacitive and inductive load terminations
4-16
Capacitive and inductive discontinuities
4-17
Mixed capacitive and inductive loading
4-18
The TDR waveform reveals trace discontinuities