Ansys HFSS

沈阳理工大学学士学位论文

摘 要

微带天线具有重量轻、低剖面、成本低、易于制造封装和安装等许多固有的优点，近年来，被广泛应用在雷达、导弹测控、电子对抗、武器引信、遥感遥测、卫星通信、移动通信、医用微波等重要领域。

本文介绍了微带天线的辐射机理，阐述了传输线模型理论、腔模理论、积分方程法三类现代微带天线理论分析方法，简单说明了微波仿真软件HFSS的基本原理及使用方法，并以圆形微带贴片天线为例，讲解了微带贴片天线的设计过程。通过建立圆形、圆环形、三角形，正六边形四种典型微带贴片天线模型，利用有限元分析法和HFSS软件对不同贴片形状的微带贴片天线进行了仿真研究，最后得出了正确的仿真结果，这将为我们今后设计高频段天线提供有力依据。

关键词：微带贴片天线；有限元分析法；HFSS

I 沈阳理工大学学士学位论文

Abstract

Recent years, for its natural advantages, microstripe antenna has been widely applied to many fields such as radar, missile detect and control, electronic countermea

1、矢量Helmholtz方程:

?????12???????E?????cE??j?Ji ??①在外加激励不为零时，即方程的右端不为0时，称为非齐次矢量波动方程，也称为确定性问题。

②在外加激励为零时，即方程的右端为0时，称为齐次矢量波动方程，也称为本征值问题。

2、在一般各向同性媒质中，ε=εrε0，μ=μrμ0，其中εr称为相对介电常数，μr称为相对磁导率。对于非均匀媒质，本构参数是位置的函数。

3、完整的电磁工程问题的描述是包含矢量波动方程和具体工程对象的边界、激励条件的边值问题模型，即矢量波动方程在不同区域、边界和激励条件下的解试不同的。

4、 一个工作在边界Γ包围的区域Ω内的实际工程问题中的边界条件可以归纳为三类：(1)第一类边界条件，也称为狄利克莱（Dirichlet）边界条件。

5、微波工程中的外场问题包括电磁波的辐射问题（微波天线的分析与设计）、电磁波的空间传播特性、电磁波与目标的相互作用（电磁散射）

6、在有损耗的媒质中，电磁波的传播常数为复数，即在传播中存在衰减。

7、当媒质有导电性时，设电导率为σ，则传播常数为

???k??????j?

???8、如果某一个区域是电导率σ=∞的理想导体，则在理想导体内部没有场，场

沈阳理工大学学士学位论文

摘 要

微带天线具有重量轻、低剖面、成本低、易于制造封装和安装等许多固有的优点，近年来，被广泛应用在雷达、导弹测控、电子对抗、武器引信、遥感遥测、卫星通信、移动通信、医用微波等重要领域。

本文介绍了微带天线的辐射机理，阐述了传输线模型理论、腔模理论、积分方程法三类现代微带天线理论分析方法，简单说明了微波仿真软件HFSS的基本原理及使用方法，并以圆形微带贴片天线为例，讲解了微带贴片天线的设计过程。通过建立圆形、圆环形、三角形，正六边形四种典型微带贴片天线模型，利用有限元分析法和HFSS软件对不同贴片形状的微带贴片天线进行了仿真研究，最后得出了正确的仿真结果，这将为我们今后设计高频段天线提供有力依据。

关键词：微带贴片天线；有限元分析法；HFSS

I 沈阳理工大学学士学位论文

Abstract

Recent years, for its natural advantages, microstripe antenna has been widely applied to many fields such as radar, missile detect and control, electronic countermea

差分线HFSS仿真

一.创建工程

1． 打开HFSS并保存新工程

运行HFSS软件，自动创建一个新工程：project1

由主菜单选file\\save as，保存在自己想要保存的位置，命名为difference 2． 插入HFSS设计

由主菜单选project\\insert HFSS Design,则一个新项目自动加入到工程列表树中，默认命名为HFSSModel1。同时，在工程管理区的右侧出现3D模型窗口。

在工程树中选择HFSSModel1,点右键，选择Rename项，将设计命名为chafen。 3． 选择求解类型

由主菜单选HFSS\\Solution Type，在弹出对话窗选择Driven Terminal项 4． 设置单位

由主菜单选3D Modeler\\Units对话窗中选择mil项

二.创建模型

1.绘制下地层

绘制一个长方体：由主菜单选Draw\\Box : 在参数设置区(工作区的右下角),设置长方体的基坐标(x,y,z)为(-100,-250,0) ,数据输入时用Tab健切换,全部设好之后按下

Enter健确认;再输入长方体的三边长度(dx,dy,dz)为(200,500,1.2),全部设完之后按下Enter健

ANSYS HFSS三维全波电磁场仿真及Wiseteam图形工作站方案

ANSYS HFSS 软件是三维全波电磁场仿真的行业标准。HFSS 无与伦比的精度、先进的求解器和计算技术使得它成为高频和高速电子元件设计工程师的必备工具。

HFSS提供了诸多最先进的求解器技术，它们基于有限元、积分方程或高级混合算法，可解决非常广泛的应用问题。每种 HFSS 求解器都集成了功能强大且自动化的求解过程，因此你只需要指定几何结构、材料属性和所需结果即可。随后，HFSS 会自动生成合适、高效且精确的网格，并使用所选择的求解技术求解问题。在HFSS中，是物理定义了网格，而不是网格定义了物理。

ANSYS HFSS 经过20 多年的发展，在射频、微波、天线、高速电路等领域得到了广泛的应用，已经成为三维全波电磁场仿真的行业标准和黄金工具。为了应对快速发展的设计需求，除了仿真功能的不断扩展，HFSS 对高性能计算的支持也更加深入和广泛，不断提高仿真速度、扩展仿真规模，在ANSYS R15 中，HFSS15 高性能计算方面的改进包括：

有限大阵列仿真性能改进

有源阵列天线是目前新一代雷达系统的标志性核心技术，但阵列天线结构复杂、电尺寸大，电磁计算难度空前提高，针对阵

微波大作业

（HFSS仿真魔T）

班级： 学号：姓名：侯延071242

07124141

魔T的概述：

将微波能量从主波导中分路接出的元件成为波导分支器，它是微波功率分配器件的一种，常用的波导分支器有E面T型分支、H面T型分支和匹配双T。

魔T的性质：

1.四个端口完全匹配.

2.不仅端口E臂和H臂相互隔离，两侧壁也相互隔离

3.进入一侧臂的信号，将由E臂和H臂等分输出，而不进入另一侧壁。 4.进入H臂的信号，将由两侧壁等幅同相输出，而不进入E臂。 5.进入E臂的信号，将由两侧臂等幅反相输出，而不进入H臂。 6.若两侧臂同时加入信号，E臂输出的信号等于两输入信号向量差的1/2倍，H臂输出的信号则等于两输入信号向量和的1/2倍。

HFSS仿真魔T

一、HFSS基本设置：

1、创建文件：

设置单位为mm:

设置材料：

设置材料：

在3D Modeler Materials Tollbar中选择材料类型为vacuum。 二、 建模

1、设置第一个模块参数

点击Draw中Box，设置起始坐标为X:-25.0，Y:-10.0，Z:0.0，按下回车，接 着输入相对坐标dX：50.0，dY：20.0，dZ：75.0，按下回车。如图所示：

创建第二个模块

半波偶极子天线的ＨＦＳＳ仿真设计

Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx

一、实验目的：

1. 2. 3. 4.

以一个简单的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的了解； 熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；

利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理； 通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。

二、实验步骤：

本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。天线沿着Z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0.48λ，半径为λ/200。天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4。 １、添加和定义设计变量

参考指导书，在Add Property对话框中定义和添加如下变量：

２、 设计建模

１）、创建偶极子天线模型

首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂，其底面圆心坐标为（0，0，gap/2），半径为dip_radius，长度为dip_length，材质为理想导体，模型命名为Dipole，如下：

然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。此时就创建出了偶极子的模型如下：

2）、设置端口激励

半波偶极子

HFSS基础培训教程

求解设置

ANSYS中国

© 2011 ANSYS, Inc. All rights reserved.

11

ANSYS, Inc. Proprietary

HFSS设计流程DesignSolution Type Boundaries Parametric ModelGeometry/Materials

Excitations AnalysisSolution Setup Frequency Sweep

Mesh Operations Mesh Refinement NO Solve Loop YES

Analyze

Solve

Results2D Reports Fields

Converged

Update© 2011 ANSYS, Inc. All rights reserved.

Finished2ANSYS, Inc. Proprietary

HFSS的求解器

© 2011 ANSYS, Inc. All rights reserved.

3

ANSYS, Inc. Proprietary

HFSS的求解器 求解阶数设置– Zero Order Solution– First Order Solution– Seco

HFSS集总端口详解—Lumped Port

HFSS集总端口详解总所周知，在HFSS里面，集总端口是内部端口，相当于测试系统的内阻，通过测试系统给结构加入信号，因此使用者需要指定端口阻抗，端口阻抗设定为测试系统的内阻，以消除测试系统引入的阻抗匹配问题。

要讨论集总端口，我们可以从研究同轴电缆中的场开始。同轴电缆是一个由介质分隔的内导体和外导体构成的波导。在同轴电缆的工作频率内，它们将以横电磁 (TEM) 模式工作，意思是电场和磁场矢量在沿电缆传播的波方向不存在分量。也就是说，电磁与磁场全部存在于截面平面内。在HFSS里面，我们可以计算同轴电缆的这些场与阻抗，如同轴电缆模型所示。

上述同轴电缆问题存在一个解析解，结果显示，电场的下降与内外导体之间的 1/r 成正比。因此，既然我们已经知道了电场在同轴电缆截面处的形状，就可以它设为一个集总端口。这一条件的激励选项包括以下方式：通过线缆阻抗、施加电压与相位；或通过施加电流；或作为与外部定义电路的连接。尽管存在这三个选项，电场总是会随 1/r 以一个代表（用户指定）输入和（未知）输出波之和的复数值而变化。

对于同轴电缆，我们需要在一个环形面上应用端口。在其他情况下，我们也可以使用‘集总端口’边界条件

HFSS仿真耦合器使用说明

一．软件安装

1．打开\\HFSS92\\Max文件夹，运行autorun，选择install HFSS进行安装。 2．安装完毕打开\\HFSS92\\Ansoft.HFSS.V9.2.Crack-EFA文件夹，运行破解。 二．HFSS界面介绍

三．启动HFSS并设置

1．点击桌面HFSS图标启动HFSS。如图：

2．新建一个项目文件。选择菜单 file>new，从project菜单选择insert HFSS design。这时三维模型窗口出现。

3．设置解的类型。选择菜单HFSS>solution type，点选第一项Driven Model。

4．设置长度单位。选择菜单3D Modeler>Units。选择下拉列表单位mm。

四．创建物理结构图形（参考同类产品尺寸或相关设计资料计算）

1．点击画矩形图标，在右下方输入起始点坐标X：0，Y：0，Z：0，回车。

输入长度、宽度DX：2.05，DY：21.4，DZ：0，回车。

这时弹出窗口，选择attribute标签设置name为u1，点确定关闭。选择View> Fit All>Active View或者按ctral＋D键，在窗口内预览全部图形。

2．点击画矩形图