电子科大HFSS(01)微波仿真技术与微波仿真软件

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微波技术与天线实验报告-利用HFSS仿真分析波导膜片2

微波技术与天线实验报告-利用HFSS仿真分析波导膜片2

HFSS 仿真分析波导膜片1. 实验原理矩形波导的结构(如图1),尺寸a×b, a>b ,在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。

图1 矩形波导1)TE 模,0=z E 。

cos cos zz mn m x n y H H e a bγππ-=2cos sin x mn c z n m x n y E H b a bj k e γπππωμ-=2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a bγωμπππ-=-2sincos z x mn c m m x n y H H e k aa bγλπππ-=2cossin z y mn c n m x n y H H e k ba bγλπππ-=其中,c k 22m n a b ππ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+mn H 是与激励源有关的待定常数。

2)TM 模Z H =0,由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。

注意:对于mn TM 和mnTE 模,m, n 不能同时为零,否则全部的场分量为零。

mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式,即c k (mn TM )=c k (mn TE )所以,它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的,即c λ(mn TM )=c λ(mn TE )=222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛b n a mc f (mn TM )=c f (mn TE )对于给定的工作频率或波长,只有满足传播条件(f >c f 或λ<c λ)的模式才能在波导中传播。

由公式可以看出矩形波导的c f ,c λ不仅与波导的尺寸a, b 有关,还和模指数m, n 有关。

当a, b 一定时,随着f 的改变,矩形波导可以多模传播,也可以单模传播,甚至也可以处于截止状态。

以a=23mm ,b=10mm 的空心矩形波导为例,由截止频率的计算公式22)()(21bna m f c +=με,可以计算GHz f cTE 52.610=,GHz f cTE 04.1320=,GHz f cTE 1501=,所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz 。

2010 几款主要微波仿真软件的比较和分析

2010 几款主要微波仿真软件的比较和分析

几款主要仿真软件的比较和分析简单归纳一下,射频仿真的几个方面的首推软件:1、混合集成电路设计,PCB板级设计,无源板级器件设计,RFIC/MMIC设计--- ADS+ momentum2、天线设计:首推 Agilent AMDS ,CAD导入,建模很方便。

CST备选。

3、微波腔体,衰减器,微波转接头,波导滤波器等设计:Agilent EMDS or HFSS,有限元法的最佳发挥场所。

电路仿真用nexxim/designer,首推nexxim 瞬态仿真速度很快,频率HB也很不错,适合IC设计或者板级电路设计,2.5D用designer planerEM, 3D用HFSS或者Q3D提取参数,ansoftlinks支持各种PCB layout导入。

唯一的弱点是系统方面较ADS 差些。

ADS内含momentum (基于第三种经典算法-矩量法),是一种对第三维度进行简化的电磁场仿真器,非常适合仿真第三维度上均匀变化的结构,例如电路多层板,如PCB,陶瓷等电路板,常见无源电路,如滤波器等结构。

仿真速度极快,同时保证和HFSS相同的精度。

因此作为板级和IC级电路设计师,ADS momentum 是最好的仿真工具,其效率远超过HFSS和CST。

但是如果要仿真天线,键合线等第三维度上非均匀延展的结构,就需要全波三维求解器。

ADS的系统和电路仿真集成在一起了,瞬态仿真弱一些,最近3D EM方面增强了不少,EMDS集成在ADS里了,单独的EMDS建模不方便,相当于早期的agilent HFSS,价钱比HFSS便宜很多,还比不上HFSS。

安捷伦在ADS2008中推出了其基于有限元算法的电磁场仿真器---EMDS,并且和嵌入到ADS中,完全解决了业界最好的路仿真软件ADS与全波三维电磁场仿真器之间的连接。

Ansoft 的HFSS已经不再是有限元的唯一选择了。

安捷伦同时也推出了基于有限时域差分法的工具AMDS,可以做天线仿真,因为是从XFDTD收购过来的,所以技术也非常成熟,同时也能跟ADS连接。

Ansoft-HFSS-软件原理及应用

Ansoft-HFSS-软件原理及应用

Ansoft HFSS 软件的基本原理及应用一、简介(Brief Introduction)Ansoft HFSS (全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器)是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法(FEM)的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件,可以对任意的三维模型进行全波分析求解,先进的材料类型,边界条件及求解技术,使其以无以伦比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准,已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域,帮助工程师们高效地设计各种高频结构,包括:射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩,高速互连结构、电真空器件,研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性,从而降低设计成本,减少设计周期,增强竞争力。

Ansoft HFSS的应用领域:天线1. 面天线:贴片天线、喇叭天线、螺旋天线2. 波导:圆形/矩形波导、喇叭、波导缝隙天线3. 线天线:偶极子天线、螺旋线天线4. 天线阵列:有限阵列天线阵、频率选择表面(FSS)、5. 雷达散射截面(RCS)微波1. 滤波器:腔体滤波器、微带滤波器、介质滤波器2. EMC(Electromagnetic Compatibility)/EMI(Electromagnetic Intergerence ):屏蔽罩、近场-远场辐射3. 连接器:同轴连接器\底板、过渡4. 波导:波导滤波器、波导谐振器、波导连接器5. Silicon/GaAs:螺旋电感器、变压器通过HFSS可以获取的信息:1.矩阵数据:S、Y、Z参数和VSWR(匹配)2.相关的场:2D/3D近场-远场图电场、磁场、电流(体/面电流)、功率、SAR辐射3.某空间内的场求解求解类型:Full-wave求解原理:3D有限元法(FEM)网格类型:等角的网格单元:正四面体网格剖分形式:自适应网格(Adaptive Meshing)4.激励:端口求解求解原理:2D-FEM形式:自适应网格(边界条件)HFSS软件的求解原理总体来说,HFSS软件将所要求解的微波问题等效为计算N端口网络的S 矩阵,具体步骤如下:●将结构划分为有限元网格(自适应网格剖分)●在每一个激励端口处计算与端口具有相同截面的传输线所支持的模式●假设每次激励一个模式,计算结构内全部电磁场模式●由得到的反射量和传输量计算广义S矩阵图1 求解流程图自适应网格剖分是在误差大的区域内对网格多次迭代细化的求解过程,利用网格剖分结果来计算在求解频率激励下存在于结构内部的电磁场。

HFSS软件使用基础介绍课件(1)

HFSS软件使用基础介绍课件(1)
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几何变换【Edit】【Arrange】/【Duplicate】 平移Move:沿指定矢量线移动至新位置; 旋转Rotate:沿指定坐标轴转动; 镜像移动Mirror:移动物体至指定平面的镜像 位置; 沿线复制Along line:沿指定矢量线复制模型; 绕轴复制Along Axis:沿指定坐标轴复制模型; 镜像复制:沿指定镜面复制模型;
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(3)分配边界条件 天线处在空气中,新建一个空气块包围住天线,作为求解电磁场的空间,在空气块表面设置“辐射边界条件”,模拟开放的自由空间,常用于天线分析。 注:为保证计算准确度,辐射边界距离辐射体不小于1/4工作波长。
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选中空气块: 【HFSS】【Boundaries】【Assign】 【Radiation】 Name项自己命名或者直接采用默认。
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2.2 HFSS使用介绍
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3.举例说明---通道机磁场分布
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1.启动软件,新建设计工程;注:“另存为”路径名不要带汉字
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2.选择求解类型;【HFSS】【Solution Type】 Driven ModalDriven Modal模式驱动求解类型:计算无源、高频结构的S参数时可选此项,如微带、波导、传输线结构;Driven Terminal终端驱动求解类型:计算多导体传输线端口的S参数,由终端电压和电流描述S矩阵;Eigemode本征模求解类型:主要用于谐振问题的设计,计算谐振结构的频率和场分布、谐振腔体的无载Q值。

基于HFSS仿真软件的微波天线课程教学探索

基于HFSS仿真软件的微波天线课程教学探索

Abstract: In order to enable students to understand the basic principle and physical significance of the radiation of microwave antennas, the electromagnetic simulation software HFSS is applied in the teaching exploration of microwave antenna course, transforming the abstract antenna theory into visualized graphics demonstration, so as to improve the learning enthusiasm of students and the teaching effect. By taking microstrip antenna as an example, HFSS is used to analyze and demonstrate the antenna’s reflection coefficient, radiation pattern and gain. Practice has proved that this perceptual cognition teaching method is helpful for students to understand and master the theory of microwave antennas. Key words: microwave antenna; radiation pattern; electromagnetic field simulation software; teaching method

HFSS微波仿真实验,实验报告六合一

HFSS微波仿真实验,实验报告六合一

肇庆学院 12通信2班杨桐烁 2实验一 T形波导的内场分析和优化设计实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。

实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、 HFSS13.0 或更高版本软件3、截图软件T形波导的内场分析实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。

其中,波导的端口1是信号输入端口,端口2和端口3是信号输出端口。

正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块,相当于在此处放置一个金属隔片。

通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2,从端口1传输到端口3的信号能量大小,以及反射回端口1的信号能量大小。

实验步骤1、新建工程设置:运行HFSS并新建工程、选择求解类型、设置长度单位2、创建T形波导模型:创建长方形模型、设置波端口源励、复制长方体、合并长方体、创建隔片3、分析求解设置:添加求解设置、添加扫频设置、设计检查4、运行仿真分析5、查看仿真分析计算结果内场分析结果1、图形化显示S参数计算结果8.008.258.508.759.009.259.509.7510.00Freq [GHz]0.130.250.380.500.630.75Y1TeeModalXY Plot 1ANSOFTCurve Infomag(S(P ort1,P ort1))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort2))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort3))Setup1 : Sw eep1图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线2、查看表面电场分布表面场分布图3、动态演示场分布图T 形波导的优化设计实验原理利用参数扫描分析功能。

分析在工作频率为10GHz 时,T 形波导3个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offset 的变化关系。

利用HFSS 的优化设计功能,找出隔片的准确位置,使得在10GHz 工作频点,T 形波导商品3的输出功率是端口2输出功率的两倍。

微波仿真论坛_06_optimetrics入门(1)

微波仿真论坛_06_optimetrics入门(1)
5-4
Parameter Sweep(参数扫描)
参扫目的:端口外半径固定,确定50欧 姆同轴线内半径。
5-5
添加参数扫描

添加扫描变量
5-6
设置计算
5-7
计算结果
Z 0 50 r _ inner 0 0.21mm
5-8
显示计算结果
5-9
Optimization(优化)
5-10
HFSS的优化器
5-31
稳定性分析结果
5-32
例 1: 参变量研究
微带低通滤波器 端口2 空气盒
S21 被自动提取 出来,研究带滤波器
5-33
例 2: Optimetrics
微波带通滤波器

TM
l1
设计变量

l2
l1
过孔1半径 d1 过孔1半径 d2 谐振器长度 l1 谐振器长度 l2
5-18
遗传算法定义

遗传算法是从代表问题可能潜在的解集的一个种群( population)开始的,而一个种群则由经过基因(gene )编码的一定数目的个体(individual)组成。每个个体实 际上是染色体(chromosome)带有特征的实体。染色体作 为遗传物质的主要载体,即多个基因的集合,其内部表 现(即基因型)是某种基因组合,它决定了个体的形状 的外部表现,如黑头发的特征是由染色体中控制这一特 征的某种基因组合决定的。因此,在一开始需要实现从 表现型到基因型的映射即编码工作。由于仿照基因编码 的工作很复杂,我们往往进行简化,如二进制编码,初 代种群产生之后,按照适者生存和优胜劣汰的原理,逐 代(generation)演化产生出越来越好的近似解,在每 一代,根据问题域中个体的适应度(fitness)大小选择 (selection)个体,并借助于自然遗传学的遗传算子( genetic operators)进行组合交叉(crossover)和变异 (mutation),产生出代表新的解集的种群。这个过程 将导致种群像自然进化一样的后生代种群比前代更加适 应于环境,末代种群中的最优个体经过解码(decoding ),可以作为问题近似最优解。

微波无源电路仿真技术(01平面电路)复习进程

微波无源电路仿真技术(01平面电路)复习进程
■ 接地、端口以及子电路模块可在菜单栏中找到
快捷键: 接地(GND) - Ctrl + P 端口(PORT) - Ctrl + G 子电路(SUB) - Ctrl + K
电路图——左半部分
连接好的元件如下图所示(整个电路图的左半部分)
注意: 对于MTRACE2元件,有标记 的端口(Port 1)必须按此 顺序摆放
导入库文件
进入AWR 集成环境,菜单栏File > New With Library >Browse
找到后缀为INI 的文件(在此为教程所给目录下的 AWR_Training.ini 文件)
导入封装库
先选择左下角的”Layout”标签 右键单击Cell Libraries > Import GDSII Library 找到后缀为.gds的文件(在此为教程所给目录下的
使用变量
Via 元件有两个参数没有直接赋数字值,而是用变量表示 。变量在电路图中赋值
在电路图中,变量可通过工具栏中的”Equation”按钮定 义
如果在元件中使用了变量,不要忘记为变量赋值。
Euqation的快捷键为Ctrl + E
设置封装
鼠标左键双击元件,在弹出的“Element Options”(元 件选项)对话框中,选择“Layout”(板图)标签
可浏览并选择需要的封装
在此选择库名为”Generic Board Lib”,为电容指定封
装为”Cap AVX AccuP 0603”,为代表SMA接头特性
的电感指定封装为”Connector CoTron Top PCB
SMA”
先选择库名,
再选择封装
电路图——右半部分
连接好的元件如下图所示(整个电路图的右半部分)

微波炉加热仿真及仿真精确度提升

微波炉加热仿真及仿真精确度提升

摘要摘要六十多年前,微波加热原理被发现,应运而生的各种微波炉逐渐让人们看到了这种加热方式所具有的巨大潜力。

而到现在微波加热的应用早已不单单局限于厨房电器的使用,在工、农、化、医等行业里面也正在大放异彩。

随着应用的深入、交叉学科的发展以及各种各样具有优良性能器件的产生,都极大地推动着微波加热课题的研究并对其提出着更高的要求。

微波炉作为最常见的微波加热设备,其核心技术的升级无疑推动着整个微波加热课题水平的进步,固无论是其微波性能还是其结构、生产工艺甚至是成本的改善都具有巨大的研究意义。

传统的研究手段在于在旧一代的产品上更新迭代,通过实验改善某一组件的性能或是某一匹配的性能,或者是借助经验手段和电磁仿真软件HFSS等进行改样测试,例如调整外型构造、增加新型材料等等,直到达成或是基本达成某一性能指标,在仿真软件日益完善的功能下,也取得了一系列的成果。

但是由于仿真水平的发展有限和其它因素,在加热均匀性及能效这些最直观的实际加热效果上,电磁仿真还未有较为成熟的理论和可靠的数据结果,这源自于复杂的微波源负载特性、具体食物的模型以及电磁热参数的量定等等因素难以确定。

本文从微波加热原理及器件诉起,利用仿真软件HFSS、workbench的仿真计算及实验样品测试,利用已有的微波炉产品,通过探寻微波加热水、油及土豆泥的过程,得到具体的加热均匀性数据,同时研究此过程中微波源微波频率的变化,建立一种电磁热耦合仿真手段并对其改善,得到仿真数据。

通过实测磁控管工作频谱并优化仿真模型之后仿真得到得五杯水微波加热均匀性为76.75%,与实测值71.88%接近,并在加热冷热点上很好对应。

通过VSWR改善仿真频谱之后仿真得到得五杯油温均匀性为65%,位于实测数值范围内。

同样的,通过VSWR改善仿真频率之后代入微波加热土豆泥仿真的仿真温度能与实测温度相对应,均匀性也相当。

仿真数据接近实验数据,证实了这种微波加热均匀性的仿真方法的可行性。

仿真软件在《微波技术与天线》实验中的应用

仿真软件在《微波技术与天线》实验中的应用
法较 为有 效 。该 软件 采 用 的 是 “ E M S i g h t ” 模 拟器 来 处理 任何 多层 平 面 结 构 的三 维 电磁 场 问题 。 “ V o 1 .
分¨ J 。随着微波技术及其应用技术的发展 ,它被
日益广 泛地 应 用 到 日常 生 活 、医 疗 、广 电 、通 信 、 气 象 、铁路 、农 业 、化工 、陶瓷 、石油 、军 事等 领 域 。微 波基 础知 识 、基本 概念 是现 代大 学生 特别 是
微波技术与天线在通信系统中占有非常重要的
地 位 ,它是 各 种 通 信 系 统 不 可 少 的 重 要 组 成 部
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 “ V o h a i r e X L ” 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
第 1 1卷
第 3期
实验科学与技术
Ex p e i r me n t S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y
Vo 1 .1 1 No . 3
2 0 1 3年 6月
J u n . 2 01 3
仿真软件在《 微 波 技 术 与 天 线》 实验 中的应 用
周雪 芳 ,钱
( 杭州 电子科技大学

3 1 0 0 1 8 )
通信工程学院 ,杭州
摘要 :随着计算机技术 的发展 ,微波 器件和天 线的设计 更多地依 靠计 算机软件 来实现 和分析 ,在 《 微 波技 术与天 线》实验教 学课 程 中引入微波仿真软件很有 必要 。文章 首先介 绍 了在该课程 实验 教 学中引入的软件 ,其 次介绍 了课程 的 内容安排 ,最 后就如何培养 学生的实践创新 能力进行 了研 究探 索。 关 键 词 :微波技术 ;天线 ;实验教 学;微 波仿真

微波技术与天线仿真实验报告.docx

微波技术与天线仿真实验报告.docx

《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二H面T型波导分支器设计一.仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个带有隔片的H面T型波导分支器,首先分析隔片位于T型波导正中央,在8~10GHz的工作频段内,波导输入输出端口的S参数随频率变化的关系曲线以及10GHz时波导表面的电场分布;然后通过参数扫描分析以及优化设计效用分析在10GHz处输入输出端口的S参数随着隔片位置变化而变化的关系曲线;最后利用HFSS优化设计效用找出端口三输出功率是端口二输出功率两倍时隔片所在位置。

二.设计模型简介整个H面T型波导分为两个部分:T型波导模型,隔片。

见图1。

图1三.建模和仿真步骤1.运行HFSS并新建工程,把工程另存为Tee.hfss。

2.选择求解类型:主菜单HFSS→solution type→driven modal,设置求解类型为模式驱动。

3.设置长度单位:主菜单modeler→units→in,设置默认长度单位为英寸。

4.创建长方体模型1)从主菜单选择draw→box,进入创建长方体模型的工作状态,移动鼠标到HFSS工作界面的右下角状态栏,在状态栏输入长方体的起始点坐标为(0,-0.45,0),按下回车键确认之后在状态栏输入长方体的长宽高分别为2,0.9,0.4。

2)再次按下回车键之后,在新建长方体的属性对话框修改物体的位置,尺寸,名称,材料和透明度等属性。

在attribute选项卡中将长方体名称项(name)修改为Tee,材料属性(material)保持为真空(vacuum)不变,透明度(transparent)设置为0.4。

3)设置端口激励4)复制长方体第二个和第三个臂5)合并长方体5.创建隔片1)创建一个长方体并设置位置和尺寸2)执行相减操作上诉步骤完成后即可得到H面T型波导的三维仿真模型图如图2所示图26.分析求解设置1)添加求解设置:在工程管理窗口中展开工程并选中analyse节点,单击右键,在弹出的快捷菜单中选择add solution type并设置相关参数,完成后工程管理窗口的analyse节点下会添加一个名称为setup1的求解设置项2)添加扫频设置:在工程管理窗口中展开analysis节点,右键单击前面添加的setup1求解设置项,在弹出菜单中单击add frequency sweep,并设置sweep name,sweep type,等参数。

常用微波仿真软件介绍

常用微波仿真软件介绍

各大仿真软件介绍(包括算法,原理) 1.引言微波系统的设计越来越复杂,对电路的指标要求越来越高,电路的功能越来越多,电路的尺寸要求越做越小,而设计周期却越来越短。

传统的设计方法已经不能满足系统设计的需要,使用微波EDA软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。

随着单片集成电路技术的不断发展,GaAs、硅为基础的微波、毫米波单片集成电路(MIMIC)和超高速单片集成电路(VHSIC)都面临着一个崭新的发展阶段,电路的设计与工艺研制曰益复杂化,如何进一步提高电路性能、降低成本,缩短电路的研制周期,已经成为电路设计的一个焦点,而EDA技术是设计的关键。

EDA技术的范畴包括电子工程设计师进行产品开发的全过程,以及电子产品生产过程中期望由计算机提供的各种辅助功能。

一方面EDA技术可为系统级、电路级和物理实现级三个层次上的辅助设计过程,另一方面EDA技术应包括电子线路从低频到高频,从线性到非线性,从模拟到数字,从分立电路到集成电路的全部设计过程[1-2]。

随着无线和有线设计向更高频率的发展和电路复杂性的增加,对于高频电磁场的仿真,由于忽略了高阶传播模式而引起仿真的误差。

另外,传统模式等效电路分析方法的限制,与频率相关电容、电感元件等效模型而引起的误差。

例如,在分析微带线时,许多易于出错的无源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯曲、开路、缝隙等等,在这种情况下是多模传输。

为此,通常采用全波电磁仿真技术去分析电路结构,通过电路仿真得到准确的非连续模式S参数。

这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的,不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。

通常,数值解法分为显示和隐示算法,隐示算法(包括所有的频域方法)随着问题的增加,表现出强烈的非线性。

显示算法(例如FDTD、FIT方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。

本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类,对常用的微波EDA仿真软件进行论述。

最新第八章-HFSS微波仿真

最新第八章-HFSS微波仿真
目前实验所用的HFSS软件为10.0版本,软件介绍以此 版本为准。
8-2 HFSS软件系统
一、软件设计环境
8-2 HFSS软件系统
1. 主菜单与工具条 主菜单在软件主窗口的顶部,包括File、Edit、Project
等下拉菜单。 工具条在主菜单的下一行,是一些常用设置的图标。
2. 工程树
工程树包括所有打开的HFSS工程文件,每个工程文件 一般包括几何模型、模型的边界条件、材料定义、场的求 解、后处理信息等。工程树中第一个节点是工程的名称, 默认名一般为Projectn,n代表当前打开的第n个工程。
8-1 HFSS基本介绍
高速PCB板及背板的设计
8-2 HFSS软件系统
HFSS软件是由美国Ansoft公司开发,是三维电磁场仿 真软件。它应用切向矢量有限元法,可求解任意三维射频、 微波器件的电磁场分布,计算由于材料和辐射带来的损耗。 可直接得到特征阻抗、传播系数、S参数及电磁场、辐射 场、天线方向图、特定吸收率等结果。广泛应用于天线、 馈线、滤波器、多工器、功分器、环行器、光电器件、隔 离器的设计和电磁兼容、电磁干扰,天线布局和互耦等问 题的计算。
8-1 HFSS基本介绍
三、 HFSS仿真过程
HFSS仿真过程图
8-1 HFSS基本介绍
四、 HFSS的主要功能
1. 提供了一个基于三维电磁场的自动化设计流程的设计平台。
2. 集成了工程设计所必需的强大的参数化设计、优化、敏感性及公差 统计仿真分析功能。 3. 新一代仿真工具赋予了更灵活的网格剖分、收敛精度及仿真分析控 制等功能,从而具有更快的仿真速度和更高的设计精度。 4. 其参数化设计、强大的建模及图形功能使工程仿真设计变得十分方 便。
第八章-HFSS微波仿真

第八章 HFSS微波仿真

第八章 HFSS微波仿真

5. 电磁场与系统电路集成协同仿真设计能力。
8-1 HFSS基本介绍
HFSS设计的新特点 1. 2. 3. 4. 精确 快速 方便易用 工程实用—参数化扫描、优化设计、敏感性分析、公差 统计 5. 电磁场与系统、电路集成协同仿真设计
8-1 HFSS基本介绍
五、 HFSS的应用领域
1. 射频和微波器件设计 对于任意三维高频微波器件,如波导、滤波器、耦合 器、连接器、铁氧体器件和谐振腔等, HFSS 都能提供工 具实现 S 参数提取、产品调试及优化,最终达到制造要求。 2. 天线、阵列天线和馈源设计 HFSS是设计、优化和预测天线性能的有效工具。从简 单的单极子天线到复杂雷达屏蔽系统及任意馈电网络HFSS 都能精确地预测其电磁性能,包括辐射向图、波瓣宽度、 内部电磁场分布等。
8-1 HFSS基本介绍
二、 HFSS仿真原理
HFSS采用的理论基础是有限元方法。有限元法是一种积分 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。HFSS应用切向矢量有限元法。 所谓的有限元法,就是将整个区域分割成许多很小的子区 域,这些子区域通常称为“单元”或“有限元”,将求解边界 问题的原理应用于这些子区域中,求解每个小区域,通过选取 恰当的尝试函数,使得对每一个单元的计算变得非常简单,经 过对每个单元进行重复而简单的计算,再将其结果总和起来, 便可以得到用整体矩阵表达的整个区域的解,这一整体矩阵又 常常是稀疏矩阵,可以更进一步简化和加快求解过程。
8-1 HFSS基本介绍
高Q螺旋电感器的设计分析
高速封装的电磁特性分析
8-1 HFSS基本介绍
5. 高速PCB板和RF PCB板设计 由于 PCB 工作频率及速度的不断提高,致使板上信 号线、过孔等结构的等效电尺寸增加,从而产生更强的 耦合、辐射等电磁效应。 HFSS 让PCB设计者明确、诊断、 排除这些影响,无论是过孔、信号线,还是PCB板边缘或 者同轴连接器等各种结构,HFSS都能确定其电磁效应, 完成自动化设计、优化从而使产2005 年 8 月 Ansoft 公司在美国发布 HFSS v10 。最新版 HFSS v10强化了与CAD工具和其他分析工具之间的配合。 CAD模型有时会出现微小的段差和坐标误差,这种误差使 得HFSS以前的版本有时无法使用该模型。 HFSS v10新增了一种功能,即具有能够消除微小段差 和坐标误差影响的功能,能够直接使用绝大多数CAD模型。 Ansoft 将其称为“ Healing 功能”。所以即使 CAD 模型有时 会出现微小的段差和坐标误差,HFSS v10也能将其分割成 最佳的微小网格后,进行电磁场分析。另一点就是:HFSS v10与 SIwave v3 进行协作分析的示例,能够看到车身内部 的印刷电路板产生的不必要辐射的活动情况。

《HFSS微波仿真》PPT课件

《HFSS微波仿真》PPT课件
目前实验所用的HFSS软件为10.0版本,软件介绍以此 版本为准。
8-2 HFSS软件系统
一、软件设计环境
8-2 HFSS软件系统
1. 主菜单与工具条 主菜单在软件主窗口的顶部,包括File、Edit、Project
等下拉菜单。 工具条在主菜单的下一行,是一些常用设置的图标。
2. 工程树
工程树包括所有打开的HFSS工程文件,每个工程文件 一般包括几何模型、模型的边界条件、材料定义、场的求 解、后处理信息等。工程树中第一个节点是工程的名称, 默认名一般为Projectn,n代表当前打开的第n个工程。
8-2 HFSS软件系统
.pjt:HFSS软件8.5以及更早版本的工程文件。 .anfp:Ansoft的PCB中性文件。
5.导出文件 由主菜单选3D Model\Export,选择保存路径、命名,
将“保存类型”下拉列展开,选择要导出的文件类型即可。
*.sm2:二维模型文件,只包含XY平面。 *.sat或*.sm3三维模型文件,前者为ACIS几何固态模 型文件,后者为在ACIS2.0版或更高版本中的HFSS三维模 型文件。如果选择*.sm3,则还要选择ACIS SM3的版本。 图表文件:包括*.bmp,*.gif,*.jpeg,*.tiff,*.wrl等格 式。
器、连接器、铁氧体器件和谐振腔等,HFSS都能提供工 具实现S参数提取、产品调试及优化,最终达到制造要求。
2. 天线、阵列天线和馈源设计 HFSS是设计、优化和预测天线性能的有效工具。从简
单的单极子天线到复杂雷达屏蔽系统及任意馈电网络HFSS 都能精确地预测其电磁性能,包括辐射向图、波瓣宽度、 内部电磁场分布等。
8-1 HFSS基本介绍
T形波导结构内部电磁场显示

第八章 HFSS微波仿真

第八章 HFSS微波仿真

8-1 HFSS基本介绍
2003 年 5 月 Ansoft 公司发布了 HFSS 的最新版本 V9 , v9.2是基于物理原型的 EDA设计软件。依靠其对电磁场精 确分析的性能,使您能够轻松建立产品虚拟样机。 Ansoft HFSS v9.2最重要的新功能就是在PC机上能够 利用3GB的内存空间,这极有效地拓展了HFSS的仿真计算 能力,此外运用HFSS v9.2的用户自定义编程模块(UDP) 能方便建立各种模型及元件库。同时,具备与Ansoft Designer、Nexxim动态链接的特性:通过动态参数化链接, 在 RF/ 数模混合电路仿真中实现与三维电磁场的协同仿真。
5. 电磁场与系统电路集成协同仿真设计能力。
8-1 HFSS基本介绍
HFSS设计的新特点 1. 2. 3. 4. 精确 快速 方便易用 工程实用—参数化扫描、优化设计、敏感性分析、公差 统计 5. 电磁场与系统、电路集成协同仿真设计
8-1 HFSS基本介绍
五、 HFSS的应用领域
1. 射频和微波器件设计 对于任意三维高频微波器件,如波导、滤波器、耦合 器、连接器、铁氧体器件和谐振腔等, HFSS 都能提供工 具实现 S 参数提取、产品调试及优化,最终达到制造要求。 2. 天线、阵列天线和馈源设计 HFSS是设计、优化和预测天线性能的有效工具。从简 单的单极子天线到复杂雷达屏蔽系统及任意馈电网络HFSS 都能精确地预测其电磁性能,包括辐射向图、波瓣宽度、 内部电磁场分布等。
8-1 HFSS基本介绍
一、 HFSS发展历程 HFSS–High Frequency Structure Simulator(高频电磁 场仿真)软件由美国 Ansoft 公司开发的世界上第一个商业 化的三维结构电磁场仿真软件,是目前国际上主流的三维 高频电磁场仿真软件之一。 HFSS 是一种基于物理原型的 EDA设计软件。 HFSS8.0中增加了以下主要功能:模式到节点的转换; 端对端的节点模型产生、求解及后处理;可输出高精度宽 带SPICE模型;全波Spice(Full-Wave Spice);自适应插值 扫频算法;支持集总电阻、电容和电感部件。

电磁场仿真软件在“微波技术”课程教学中的应用

电磁场仿真软件在“微波技术”课程教学中的应用

电磁场仿真软件在“微波技术”课程教学中的应用李海英;吴振森【摘要】本文将三维电磁场仿真软件CST微波工作室引入“微波技术”课程课堂教学.以负载阻抗单支节匹配和矩形波导为例,实现了微波结构工作性能可视化仿真.该实例表明,仿真软件在“微波技术”课程教学中具有良好的辅助作用,能够强化学生对器件性能的理解和掌握,提高教学质量;同时仿真软件的运用能够扩展学生的知识视野,增强学习兴趣.【期刊名称】《电气电子教学学报》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】3页(P143-145)【关键词】微波技术;电磁场仿真软件;虚拟教学【作者】李海英;吴振森【作者单位】西安电子科技大学物理与光电工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学物理与光电工程学院,陕西西安710071【正文语种】中文“微波技术”课程中有关传输线的工作状态分析、阻抗匹配方法、波导场结构和大量微波元器件性能等内容都非常抽象,而它们又恰好是微波电路设计的重要部分,因此如何在教学过程中使学生能够轻松理解和掌握这些知识点是主讲教师面临的一个重要问题[1]。

在实验教学部分,实物实验有助于培养学生的动手实践能力,但存在设备价格昂贵,易损坏等缺点[2]。

而虚拟仿真技术可以避免这些问题,计算机语言编程或者三维电磁场仿真软件能灵活地对微波器件性能进行分析并优化设计,具有良好的可视化、形象化等特点[3-5]。

本文将三维全波电磁场仿真软件CST微波工作室引入“微波技术”课堂教学,仿真分析了负载阻抗匹配和矩形波导工作特性,并尝试进行优化分析,为促进虚拟仿真技术在“微波技术”课程教学中的应用提供一定的参考[6]。

近几年,国内外大量的电磁场仿真软件在电磁场与微波技术领域广泛流行,如:CST,HFSS,FEKO等[6,7]。

这类软件都是使用不同数值算法来求解电磁场和微波问题,具有效率高,精度符合需求等特点。

通过将微波器件建立几何模型,选取合适的电磁场计算方法分析研究其性能指标,能形象地演示器件工作过程中电磁场的时空演化特征。

电磁场仿真软件在“微波技术”课程教学中的应用

电磁场仿真软件在“微波技术”课程教学中的应用

电磁场仿真软件在“微波技术”课程教学中的应用
李海英;吴振森
【期刊名称】《电气电子教学学报》
【年(卷),期】2016(38)2
【摘要】本文将三维电磁场仿真软件CST微波工作室引入“微波技术”课程课堂教学.以负载阻抗单支节匹配和矩形波导为例,实现了微波结构工作性能可视化仿真.该实例表明,仿真软件在“微波技术”课程教学中具有良好的辅助作用,能够强化学生对器件性能的理解和掌握,提高教学质量;同时仿真软件的运用能够扩展学生的知识视野,增强学习兴趣.
【总页数】3页(P143-145)
【作者】李海英;吴振森
【作者单位】西安电子科技大学物理与光电工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学物理与光电工程学院,陕西西安710071
【正文语种】中文
【相关文献】
1.浅谈电磁仿真软件在电磁场与微波技术教学中的应用 [J], 高山山
2.Matlab在电磁场与微波技术教学中的应用 [J], 王春彦;邸金红
3.电磁仿真软件在微波技术课程教学中的应用 [J], 陈晓辉;郭欣欣
4.ADS软件在电磁场与微波技术教学中的应用 [J], 张恩浩
5.仿真软件在微波技术教学中的应用 [J], 刘亚军;莫家庆
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CST Design Studio界面
Ansoft Serenade



Ansoft 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。
ADS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:


每个设计本身又包括以下几个内容:

射频和微波电路的设计(包括RFIC、RF Board)。 DSP设计 通信系统的设计 向量仿真 绘制原理图 系统仿真 布局图 Pspice原理图
Maxwell 方程组
Maxwell 方程组
∂ ∇ × H(r , t ) = D(r , t ) + J (r , t ) ∂t ∂ ∇ × E(r , t ) = B(r , t ) ∂t ∇ ⋅ D(r , t ) = ρ (r , t ) ∇ ⋅ B(r , t ) = 0

(MOM+解析法) (MOM+解析法) (MOM+解析法) (解析法)

3D

Ansoft Esemble Sonnet IE3D
(MOM) (MOM) (MOM)
Ansoft HFSS (FEM) Ansys (FEM) CST Microwave Studio (FIT) CST Mafia (FIT) EMPIRE (FDTD) XFDTD (FDTD) FEKO (MOM+PO/UTD) Super NEC (MOM+UTD)

适用范围:场和源都是一维空间变量的函数。 典型应用:传输线;平面波和电路等。 适用范围:场和源都是两维空间变量的函数。 典型应用:TE10矩形波导;TEM波同轴线等。 适用范围:场是三维空间变量的函数,源是两维空间变量的函数。 典型应用:平面传输线(微带线,共面波导)、平面结构天线和多 层结构器件(LTCC)等。 适用范围:场和源都是三维空间变量的函数。 典型应用:可以求解所有的电磁场问题。
Maxwell 方程 + 不规则边界
=
数值法
常见的数值方法

频域:

差分法(FDM) 有限元法 (FEM) 矩量法(MOM) 边界元法(BEM) 传输线法(TLM) 时域有限差分法 (FDTD) 有限积分技术(FIT)
微分型
积分型

时域:



数值解法根据空间变量分类

一维(1D)解法(传输线解,SPICE程序)
本构关系
边界条件
D= ε ⋅ E B µ⋅H = J= σ ⋅ E
解析方法与数值方法

早期人们解决微波工程中的设计与计算问题, 基本上都采用解析方法
Maxwell 方程 + 规则边界
=
解析法

上世纪60年代,随着计算机技术的发展,开始 采用数值计算技术解决不规则边界条件下微波 工程问题的求解

二维(2D)解法(MOM,TLM,FEM,FDTD)


二维半(2.5D)解法(MOM,TLM,FEM,FDTD)


三维(3D)解法(FDM,MOM,TLM,FEM,FDTD,FIT)

常见的仿真软件

系统仿真软件


电磁场仿真软件

Agilent ADS Microwave Office Ansoft Designer CST Design Studio 2.5D
ADS界面
Microwave Office
Microwave 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。
Microwave Office界面
Ansoft Designer ™平面电磁场仿真主要功能
• Designer 可以精确快速仿真超大电尺寸结构的电磁场问题! –SVD快速求解器 –低内存需求 • 模型结构可以自由创建或直接输入 –友好的用户图形界面 –直接输入DXF, IGES以及其它MCAD结构设计的几何模型 –通过Ansoft Links还可读入Cadence、Zuken、Synopsys、Mentor Graphics 等EDA软件所设计的数据信息 • 全参数化 • 按需求解 –Designer可以由用户来决定不同单元部分用不同的求解器来求解。 • 协同仿真 –Designer可以无缝集成电路、系统及电磁场仿真 • 场型图多种图型显示功能 –2D/3D 直角坐标, 极坐标显示等 • 场型图 –3D 场型, 源激励编辑, 辐射图,增益等
ADS(Advanced 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 MDS(Microwave Design System)和HP EEsof IV(Electronic 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。
Ansoft Designer ™界面
CST Design Studio

Components


Analysis

Several analytical components Availability of circuit elements Provision of semiconductor model library Support of hierarchical modeling, i.e. separation of a system in logical components Tight integration with 3D electromagnetic field simulations from CST MICROWAVE STUDIO® Integration of high frequency planar analysis from the Sonnet em®3 suite Import of measured or simulated data in TOUCHSTONE file format Control and usage of extensible element library Global parameterization Parameter sweep with an arbitrary number of parameters Optimization for an arbitrary number of parameters and for a combination of weighted goals Built in APLAC® for CST DESIGN STUDIO™ circuit simulator for linear and nonlinear simulation purposes Optional link to full APLAC® functionality Easy definition of so-called simulation tasks, some of them related to special devices as mixers, amplifiers, antennas Automatic (re-)calculation of results from integrated field simulators Interpolation for simulated blocks speeds up simulations Solver transparency allows selection of analytic or numerical evaluation of some components De-embedding eliminates the effect of some components Usage of differential ports enables all kinds of circuit/EM co-simulations Consideration of higher order modes
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