HFSS实例-简单微带线的仿真

HFSS 在高速 PCB 设计中的应用之一
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HFSS 实例――简单微带线实例
图 1.5 是完成两种物体设置后的放大图形（YZ 轴上的立体图）
图 1.5
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1.4 建立导线（面）
¾ 设置起始坐标：X＝0 ；Y＝46.5 ；Z＝4 ；选择主菜单中 Line/Rectangle 项，出现 图 1.1,确定起始坐标后点击 Enter，屏幕左边出现图 1.6 的画面。
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0.5 英寸长微带线 HFSS 分析题例
本例题是一根微带线，长度 0.5 英寸； 线宽 7mil；线高 1.58mil; 介质 FR4 介质常数 4.4; 介质层高度 4.33mil 地线层高速 1.38mil
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二） 定义材料
图 1.12 完成的建模（微带线）
在 HFSS 中所有 2D 物体只被定义为边界，只有 3D 物体具有材料属性。此例， 导线以及定义的封闭平面都是 2D 物体，所以在材料列表中只有介质层 FR 和空 气的材料需要定义。
注2
此按钮是为了自定义材
料时候使用的
选定材料后一定要点击从按钮确认，
确认后变成禁用状态，除非选择新的
材料
图 2.1 材料定义
完成后点击退出，并确认存盘完成材料设置步骤。
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三）
建立边界条件和定义源端口
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在程序执行区域点击
¾ 设置起始坐标：X＝0， Y＝0， Z＝4，选择主菜单中 Solid/BOX 项，或点击图标 ， 出现图 1.1,确定起始坐标后点击 Enter。
因为起始 Z 坐 标是 4 不是 0
图 1.10 微带线结构
由于选定 BOX，自动出现 X、Y、Z 坐标选项 填入所建物体的尺寸：X＝500；Y＝100；Z＝196 选中 Covered（默认选项） 输入所建物体的名字 Air 为所建物体选择颜色后，键入 Enter
2．1 在程序执行区域点击
按钮进入材料设置窗口
¾ 首先在 objiect 列表中选择 FR ¾ 在 material 列表中选定 FR4_epoxy ¾ 点击 Assign 按钮完成设置 ¾ 以同样的方法将 Air 材料定义为 air，图 2.1
注意：每当为一个材料选定介质后，一定要点击 Assign 按钮确认
一） 建模
1.1 首先在 OPTION 中设置所需的单位本例设为：MIL 1.2 建立地线层 1.3 建立介质层（为了显示方便从此步骤开始模型尺寸略有变化） 1.4 建立导线（面） 1． 5 建立第二个介质层 1．5．1 建立带状线的第二个介质层 1．5．2 建立微带线的第二个介质层 1．6 建立物体的封闭空间 1．6．1 建立侧面 A1、A2（方法同 TRCE 的建立相同） 1．6．2 建立端面 P1、P2 1．6．3 建立完成的图见 1.12,点击文件菜单中的退出，确认保存后完成建模步骤。
¾ 设置起始坐标：X＝500 ；Y＝0 ；Z＝0 ；选择主菜单中 Line/Rectangle 项，出现图 1.1,确定起始坐标后点击 Enter，屏幕左边出现图 1.6 的画面。
¾ 输入面的端点坐标（注意：端面是做在 YZ 坐标面上的）Y＝100 ；Z＝200 ¾ 命名为 P1，选择颜色后点击 Enter，则建立了在物体的前端面 ¾ 用复制的方法在 Y 轴上选取位移向量－500，建立后断面 P2 1．6．3 建立完成的图见 1.12,点击文件菜单中的退出，确认保存后完成建模步骤。
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¾ 点击主菜单的 Edit＼Duplicate＼Along Line 相出现图 1.7
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该图为向量表示，X，Y，Z 分别代表，在哪一个轴的方向进行复制，
此层的下面必须 与第一层的上面 重合，所以为 4
由于我们现在需要再做一个介质层，所以选择 Z 方向，高度仍然为 4mil，是为了保证于第一个面重合。点击 Enter
1．6．1 建立侧面 A1、A2（方法同 Trce 的建立相同）
¾ 设置起始坐标：X＝0 ；Y＝0 ；Z＝0 ；选择主菜单中 Line/Rectangle 项，出现图 1.1,确定起始坐标后点击 Enter，屏幕左边出现图 1.6 的画面。
¾ 输入面的端点坐标（注意：侧面是做在 XZ 坐标面上的）X＝500 ；Z＝200 ¾ 命名为 A1，选择颜色后点击 Enter，则建立了在物体的左侧面 ¾ 用复制的方法在 Y 轴上选取位移向量 100，建立第二个侧面 A2 1．6．2 建立端面 P1、P2
由于目前还不太清楚的原因，地线层不能建立，直接使用介质层的底面。但是作为建立平面的操作还 是保留下来。所以实际第一步应从 1.3 建立介质层开始。
¾ 设起始坐标：X＝0 Y＝0 Z＝0 ；选择主菜单中 Line/Rectangle 项（由于地线宽 >> 线 高，可以用面代替体），屏幕左边出现图 1 的画面。然后点击 Enter，进入下级栏目。
此时完成了微带线结构的建立（图 1.11）
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1．6 建立物体的封闭空间
图 1.11 微带结构模型
HFSS 要求为研究对象建立封闭空间 由于本对象的顶面和地面分别是性质相同的介质面，所以进行封闭时，这两个面可以不作。 对图 1.11 的物体，做四个面，侧面 A1、A2；断面 P1、P2 且将这两个面将来作为端口。
边界模型：1000mil ×20mil×7.29mil
与 L2 相似但是，将线上方的空间定义为层（还是 100mil）
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进入图形剪辑界面首先确定单位
定义了任何一个物体后一定注意要给建立的对象起名字，否则在后面的操作中，不太好区 分。
一） 建模 1.1 首先在 Option 中设置所需的单位本例设为：mil 1.2 建立地线层
1．5．1 建立带状线的第二个介质层
建立该层的方法可以使用 1.3 中的方法，也可以使用“复制”的方法，这样如果是仿真 多层 PCB 会更加节省时间，复制既可以纵向，也可以横向。
¾ 首先点击主菜单的 Edit＼Select，在物体列表框中选定需要复制的目标
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按钮后进入边界条件和源定义界面。
图 3.1 边界定义窗口菜单栏
3．1 确定边界条件（导线 Trce）
选择 Edit/Select/By Name 命令：
¾ 选择类型：Objiect ¾ 选择目标：Trce 并按下 Done （图 3.2） ¾ 选择边界： 选择 Perfect E ，输入名称 Trce 后(图 3.3)，
四） 设置解算参数
五）解算
5.1 浏览解
六）数据的后期处理
6.1 扩展模型的 S 参数（DE-EMBED MODEL S-PARAMETERS 如果需要的话） 6.2 计算 TERMIANNAL S-PARAMETERS （参数 D_2） 6．3 求解端口阻抗参数 6.4 输出 MAXWLL SPICE 模型
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图 1.2 确定地线坐标参数
键入 Enter 后在三个平面出现所建物体，图 1.3 是在 XYZ 面上且经过“着色”处理后
的图形：
Z
Y X
图 1.3 底层 Cu 平面
1.3 建立介质层（为了显示方便从此步骤开始模型尺寸略有变化）
同 1.2 中的方法，注意 Z 轴的起始坐标依然是 0，因为 Cu 做的是一个平面。由于介质是 一个“体”，所以在建立物体时，必须有 Z 轴增量。
¾ 后出现图 1.8,询问建立几个拷贝，填入
2，点击 Enter 完成第二层介质的建立
图 1.7 拷贝方向
Байду номын сангаас
图 1.8 拷贝数量
导线以面的 形式在两介 质层中间
图 1.9 带状线结构
1．5．2 建立微带线的第二个介质层
由于前面提到的原因，空气介质层的厚度需要大大大于 FR 层的厚度，所以不能使用复制 的方法，仍然使用建立 FR 层的方法：
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1 1 4
4
4 4 5 6 6 6 7 8 8 8 8
9
9
10
10 10 10 11 11 11 12
13
15
15
16
16 17 17 18
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七） MAXWELL 模型的路分析
7．1 建立电路图 7．2 激励源的设置 7．3 运行 7．4 设置运行条件 7．5 打印图形 7.6 打印结果
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（仅供参考 不对之处欢迎指教）
2002-10-10
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HFSS 实例―――简单微带线的仿真 2002-10-10 0.5 英寸长微带线 HFSS 分析题例
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在此处设置好起始点
点击 Enter
图 1.1 确定地线原点坐标参数
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¾ 在这个栏目中需要的操作（图 1.2）:
首先需要确定物体建立的平面（选择 XY 平面）； 填入所建物体的（平面）尺寸：X＝1000；Y＝20 选中 Covered（默认选项） 输入所建物体的名字 Cu 为所建物体选择颜色后，键入 Enter
输入所建物体的名字 Trace
为所建物体选择颜色后，键入 Enter
图 1.6 确定导线坐标参数
从主菜单 File 中选择 Exit，在出现的提示栏中点击 OK，完成建模操作。
1．5 建立第二个介质层
如果是带状线该层介质同样为 FR4，且层厚根据实际需要确定。但是若为微带线， 则该介质材料应选为空气，并且它的层厚要大大大于第一个介质层！
b a
f
c d
g
图 3.6 源端口定义
a) 设置名称为“port1” b) 定义为“源”属性 c) 类型选择“Wave Port”(该下拉菜单中另一选项是缝隙特性,天线用) d) 选中“Define Terminals” e) 选择“View Terminals” f) 由于只有一根导线负载数量选择 1
实际上，每当进行坐标设置的时候，设置的点会以闪烁的形式出现在相
应的视图上，比如这个步骤，当设定起始点后，就出现右图，点的位置
就是（0，6.5，4.33）,用这个特点可以随时观察坐标设置正确与
否。（随计算机速度，画面出现的速度不同）
导线建立
在 XY 面
选定 XY 坐标选项
不要忘了起名
填入所建物体的尺寸：X＝1000；Y＝7； 选中 Covered（默认选项）
二） 定义材料
2．1 在程序执行区域点击
按钮进入材料设置窗口
三） 建立边界条件和定义源端口
3．1 确定边界条件（导线 TRCE） 3．2 确定边界条件（两个侧面） 3．3 确定端口（源 P1 P2） 3.3.1 设置端口 PORT1（源） 3.3.2 设置负载（TERMINALS） 3.3.3 设置端口 PORT2（端） 3.4 查看边界、端口设置
图 3.4 电场边界定义
图 3.5 端口特性
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3.3.1 设置端口 Port1（源）
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与 3.1 相同在 Edit/Select/Object 中选择 P1 面，起名 port1 以后，点击“源”单选按 钮，并将类型按钮选择为“Wave Port”
¾ 设置起始坐标：X＝0 Y＝0 Z＝0，选择主菜单中 Solid/BOX 项，或点击图标 ，出 现图 1.1,确定起始坐标后点击 Enter，屏幕左边出现图 1.4 的画 面(三维)。
图 1.4 确定介质坐标参数
由于选定 BOX，自动出现 X、Y、Z 坐标选项 填入所建物体的尺寸：X＝500；Y＝100；Z＝4.00 选中 Covered（默认选项）注 1 输入所建物体的名字 FR 为所建物体选择颜色后，键入 Ente
点击 Assign 确认。
图 3.2 边界选择窗口
在这里改名为 Trace
图 3.3 导线边界定义
3．2 确定边界条件（两个侧面）
与 3.1 相同在 Edit/Select/Object 中选择 A1 和 A2 两个面，将它们起名以后，在按钮 的下拉列表中选定为“Radiation” ，见下图
3．3 确定端口（源 P1 P2）