HFSS中功分器的仿真与版图

HFSS建模时斜切角实现技巧总结及功分器设计
刘洋
（微波通信安徽省合肥市高新区230088）HFSS13建模时斜切角实现方法经验总结：主要包括二维图形和三维图形的建模斜切角实现方法。

前两种方法适合二维图形，第三种方法适合三维图形。

附功分器设计实例。

方法1：使用SPLITEDIT，布尔运算的方式
1）首先把要旋转的图形沿着Z轴旋转至如图中位置，然后在沿YZ面切割
2）选中要切割的图形，按下图选项设置
下一步：
下一步：OK
再把图形沿Z轴旋转45°：
功分器一个斜切角就可以形成了：
方法2：画三角形闭合曲线法
DRAW/LINE
1）斜切角未完成的图形如下：
2）通过菜单DRAW/LINE画闭合三角形：
回到起点后双击鼠标左键：
方法3：适用于有一定厚度的：“体”图形，使用三维图形：
倒圆角：选中物体的一个棱边，Modeler/Fillet
切成斜面的方法：
功分器实例三维图形：
设置：
初步仿真结果如下：
微波器件2015-02-09 为了获得更好的指标，可以设置变量进行优化，略。

End。

作者简介：刘洋，男，电子信息工程专业，工学学士学位，射频工程师，主要从
事射频电路与系统的设计开发，E-mail: liu3529353@ ；。

肇庆学院 12通信2班杨桐烁 4202 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、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。

功分器的设计与仿真功分器（power divider）是一种将输入功率均匀分配到多个输出端口上的无源微波器件，广泛应用于无线通信系统和射频设备中。

功分器的设计与仿真是功分器研发过程中非常重要的一步，本文将详细介绍功分器的设计与仿真方法。

首先，功分器的设计需要满足一定的性能指标，如插入损耗、驻波比、功率均衡性等。

根据设计需求选择适当的功分器结构，常见的功分器结构有平面波导功分器和微带功分器。

下面以微带功分器为例，介绍功分器的设计与仿真过程。

Microstrip功分器是一种非常常见的功分器结构，它由一个输入端口和多个输出端口组成，通过微带线和分支线来实现功率的分配。

设计过程分为以下几个步骤：1.确定设计频率和阻抗：根据设计要求选择合适的工作频率和阻抗。

常见的阻抗有50Ω和75Ω，具体选择根据实际需求决定。

2.计算微带线参数：根据设计频率和阻抗，计算微带线的宽度和介质常数。

可以使用常见的微带线宽度计算公式或者专业的仿真工具进行计算。

3.确定功分比：根据需要将输入功率按照一定比例分到输出端口上，可根据功分比公式计算各个输出端口的阻抗和长度。

4.布局设计：根据计算得到的微带线参数和分支线长度，将功分器的布局设计在PCB板上。

5. 仿真验证：使用仿真软件（如ADS、Sonnet、HFSS等）对功分器进行仿真验证。

在仿真过程中，需要注意保持各个端口的阻抗匹配、避免驻波比过大等问题。

6.优化调整：根据仿真结果对功分器进行优化调整，如调整微带线的长度、宽度等。

7.PCB制作和测试：完成优化后的功分器设计后，进行PCB制作，并通过测试验证其性能指标是否符合设计要求。

以上就是功分器的设计与仿真过程。

在实际的设计过程中，需要结合具体的设计要求和目标来进行设计。

同时，合理选择仿真软件和工具也是非常重要的，能够帮助设计人员更准确地分析和优化功分器的性能。

总结起来，功分器的设计与仿真是功分器研发过程中的关键一环。

准确的设计和合理的仿真能够帮助设计人员更好地理解和优化功分器的性能，最终得到满足需求的功分器产品。

在第一节的单腔仿真学习中我们得到了一个单腔的 两个谐振频率。 其中 f1=0.90344GHz， f2=4.6452GHz 计算值f2为仿真的高次模。
实际测试时发现在仿真的高次模f2=4.64GHz之前约200-300MHz处出现谐 波，即在4.3GHz处出现谐波。
我们来结合客户的规格书中的要求：
（14-2）设置优化
右击工程窗口的“Optimetrics”选项，选择“Add”-“Optimizaion…”。 在弹出的对话框中点击“Add”按钮，再点击“Calculation”按钮。
第一步：电路仿真
（14-3）设置优化
在弹出的对话框中选择 “S11”和“dB”，点 击“Insert Quantity Into Expression”按 钮，再在“name”栏输 入变量名字“mm1”。 同样的方法输入变量 “mm2”为“dB(S21).
第二步：电磁仿真
（2）在HFSS中建立低通模型，按照下表的参数设置建立圆柱体1-7，再将 七个圆柱体联合成一个模型“Cylinder1”。设置其材料为“PEC”
Axis Cylinder1 0，0，0
Radius R0
Height 7mm
说明 低通两端50欧姆传输线
Cylinder2
Cylinder3 Cylinder4 Cylinder5 Cylinder6 Cylinder7
为了更清晰的说明低通的仿真过程，我用一个五级的低通来 进行演示。
第一步：电路仿真
（1）运行Ansoft Designer软件 （2）点击插入电路设计“Insert Circuit Design”图标，见右图 （3）在出现的Layout对话框中点 击“None”，出现一个新的电路模 型图标。

分类号：TN73 密 级：公 开
U D C：D10621-408-（2015）0544-0 编 号：2011022006
成 都 信 息 工 程 大 学 学 位 论 文
宽带 Wilkinson 功分器的设计
论文作者姓名： 申请学位专业： 申请学位类别： 指导教师姓名 （职称） ： 论文提交日期：
叶建梅 电子信息科学与技术 工学学士 夏运强 2015 年 5 月 22 日
关键词：宽带, Wilkinson 功分器, 奇偶模，仿真
I
The Design of the Broadband Wilkinson Power Dividers
ABSTRACT
Power divider divide one power into two or multiple branches .Traditional Wilkinson power divider bandwidth is very narrow,and often can not meet the application broadband systems.In order to improve the above problems, the article describe wideband power divider’s design. This article aims to research and analysis related components and working principle of power dividers. It describes the use of odd-mode analysis method of a Wilkinson N-way power divider .This Wilkinson power divider’s design have a wideband of 0.8 ~ 2.5GHz.The power divider requires its insertion loss less than 1dB, isolation greater than 20dB and the voltage standing wave ratio (VSWR) less than 1.5.It focuses on the power divider’s design parameters calculation and optimization process.Then using ADS software principle and HFSS simulation of electromagnetic obtained debugging parameters , finally made the PCB in CAD and processed into a kind. In terms of software simulation results under ideal conditions on the test results or physical design diagram show the power divider met the target requirements.Since the required operating frequency is within ISM band, it can be used for wireless LAN, Bluetooth, ZigBee and other wireless networks.

功分器的设计与仿真功分器是一种被广泛应用于射频和微波通信系统中的无源分配器件。

它能够将输入功率平均分配到多个输出端口上，同时保持较高的功率分配均匀度和良好的阻抗匹配特性。

功分器的设计与仿真是确保其性能和可靠性的关键步骤。

下面将介绍功分器的设计过程以及在仿真中所需要考虑的内容。

1.功分器设计的基本原理功分器的基本原理是将输入功率平均分配到多个输出端口上。

常见的功分器结构包括两分、三分和四分结构。

其中，两分结构包含一个输入端口和两个输出端口；三分结构包含一个输入端口和三个输出端口；四分结构包含一个输入端口和四个输出端口。

功分器的设计要满足以下几个基本要求：-分配均匀度：要求各输出端口上的功率分配尽可能均衡。

-阻抗匹配：要求输入端口和各输出端口的阻抗匹配，以减小功分器对系统整体的影响。

-衰减损耗：要求功分器的损耗尽可能小，以确保输入功率能够尽量传递给输出端口。

2.功分器设计的流程-确定工作频率：确定功分器所工作的频率范围。

-选择功分器结构：根据应用需求和系统限制选择合适的功分器结构，比如决定是采用两分、三分还是四分结构。

-确定端口阻抗：根据系统要求和端口特性，确定功分器的输入端口和输出端口的特性阻抗。

-计算功分器的设计参数：通过理论计算和仿真工具，计算出功分器的长度和宽度等关键参数。

-优化和调整参数：根据仿真结果，优化和调整功分器的设计参数，以满足系统要求。

-确定材料和工艺：根据功分器的设计参数和要求，选择合适的材料和工艺。

-制备并测试样品：根据设计要求制备功分器样品，并进行实验测试，优化设计。

3.功分器的仿真内容功分器的仿真是设计过程中十分重要的一步，可以通过仿真工具来验证设计效果和参数。

在功分器的仿真中，需要考虑以下内容：-功分器的S参数：通过仿真计算和分析功分器的S参数，包括S11、S21等参数，以评估功分器的性能和阻抗匹配特性。

-功分器的功率分配均匀度：通过仿真计算和分析各输出端口上的功率分配均匀度，以评估功分器的性能。

②
③
④
执行菜单命令Momentum ->Component ->Creat/Update,弹出 ”Creat Layout Component“对话框，设置如下图所示。 单击OK按钮，弹出对话框 提示生成成功，如下图所示， 单击OK，此时就可以使用 生成的版图了。 新建原理图在库文件中找 到刚才创建的元件，导入 原理图。并在原理图上添 加所有的分立器件（电 阻）、输入输出端口和运 行所需的控件（图见下 页）。 运行仿真。可以看到软件 调用Momentum窗口进行 网格划分，进行EM仿真。
用于生成版图的原理图
ADS生成的版图
联合仿真设置步骤：
① 版图生成后先要设置微带电路的基本参数(即原理图中 MSUB里的参数)，方法是点击版图窗口菜单中的 Momentum -> Substrate -> Update From Schematic从原 理图中获得这些参数，点击Momentum -> Substrate -> Create/Modify可以修改这些参数。 进行S参数仿真还要给功分器添 加端口（输入、输出以及电阻 连接点），做法是点击工具栏 上的Port 按钮。 添加的端口必须设置成“内置 （Internal）”型，方法是点击版 图窗口菜单中的Momentum -> Ports -> Editor，把端口形式设 成”Internal“。
缺点：
1.仿真速度慢，占用内存大。 2.对射频电路的支持较弱。
3
以一分二功分器为例分别在ADS和 HFSS里建模仿真，功分器设计指标如下。
功分器指标：
工作频段：2GHz-3GHz
输入输出端回波损耗：Return loss≤-20dB
插入损耗：Insertion loss≥-3.2dB 输出端口隔离：Isolation≤-20dB

前段时间仿了一下8GHz的wilkison的3dB等功分器，写下一些小心得。

一、切记要将贴片的高度设计在Z=0的高度，否则你转为.dxf时文件并不能打开。

二、功分器的关键参数是1/4波长匹配器，在仿真高度的过程中要通过改变它的长度，来取得合适的S参数。

三、首先要将S12,S13参数基本确定下来，使其位于（-3，-3.3）dB之间;四、其次将S11,S22,S33调节到S参数在-25dB以下；五、最后将S23参数调节到-25dB以下即可投入工程应用。

在使用HFSS设计的过程中，如果使用波端口激励，那么端口应该在空气腔的边缘处。

如果使用集总参数激励，那么端口应该在空气腔的内部。

第一步：定义变量第二步：建模空气腔：airbox介质：substrate，Rogers4003, 0.508mm微带线：patch电阻：R波端口激励：port1, port2, port3注意：在直角处要切一刀，否则的话损耗会比较大。

第三步：设置边界及波端口激励一、边界的顺序是很重要的，在这里，电阻R会与微带线patch重叠，所以应该会设置微带线为perfectE, 之后再设计电阻为RLC。

Substrate的底面应该要设为perfectE。

Airbox的不与波端口和substrate接触的面应该要设为radiation。

二、波端口积分方向为从Z=-H到Z=7*H，正中间。

第四步：设置求解频率以及扫描频率第五步：检查是否设计正确由于我们是预先设定微带线的，所以可以忽略此警告。

开始仿真。

第六步：查看仿真结果，若结果不理想，再进行参数扫描。

如下图所示：添加参数扫描范围parametric，查看它的变化规律，仿真出最好的实验结果。

得到扫描范围后，可对其进行优化，optimization，得出理想的结果。

第七步：仿真结果如下图所示仿真效果良好，还有待改善的地方是，S11、S22、S33没有在同一个谐振点。

如果有时间的话可以继续对其进行仿真。

HFSS v13.0高频仿真软件操作指南目录第一章创建工程 Project一、前期准备第二章创建模型 3DModeler一、绘制常见规则形状二、常用操作三、几种常见天线第三章参数及条件设置(材料参数、边界条件和激励源等) Setting一、设置材料参数二、设置辐射边界条件三、设置端口激励源四、特定边界设置第四章设置求解项并分析 Analyze一、设置分析Add Solution Setup二、确认设置并分析Validation Check Analyze All第五章查看结果 Results一、3D极化图（3D Polar Plot）二、3D直角图（3D Rectangular Plot）三、辐射方向图（Radiation Pattern）四、驻波比(VSWR)五、矩阵数据(Matrix Date)第一章创建工程一、前期准备1、运行HFSS后，左侧工程管理栏会自动创建一个新工程：Project n 。

由主菜单选File > Save as,保存到一个方便安全的文件夹，并命名。

(命名可包括下划线、字母和数字，也可以在Validation Check之前、设置分析和辐射场之后保存并命名)2、插入HFSS设计由主菜单选Project > Insert HFSS Design 或点击图标，(大口径的由主菜单选Project > Insert HFSS-IE Design)则一个新的项目自动加入到工程列表中，同时会出现3D画图窗口，上侧出现很多画图快捷图标。

3、选择求解类型由主菜单选HFSS > Solution Type（求解类型），选择Driven Model或Driven Terminal（常用）。

注：若模型中有类似于耦合传输线求耦合问题的模型一定要用DrivenTerminal，Driven Model适于其他模型，不过一般TEM模式（同轴、微带）传输的单终端模型一般用Driven Terminal分析。

在HFSS中仿真设计中心频率为4.7GHz的wilkinson
功率分配器(图文)
时间：2015-08-15 来源：天线设计网TAGS：功率分配器功分器无源器
件wilkinson
功分器是无线通信系统中的一种非常重要的微波无源器件，在天线阵馈电系统、功率放大器和无线局域网中都有着广泛的应用。

目前应用最多的微波功率分配器多为威尔金森(wilkinson)形式的功分器，其优点在于设计方法较简单、易于实现，输出端口可以实现较高隔离。

小编今天带给大家的是以介质板材roger 5880的经典的wilkinson功率分配器的仿真设计。

介电常数为2.2哦。

step1：首先当然是确定Z0啦。

一般都选取50欧姆呢。

那么中间的R=2*Z0=100欧姆。

step2：四分之一波长线要注意不是空气中的波长哦。

step3：当然是优化仿真结果啦。

（a）仿真模型：
（b）在hfss中加入集总参数元件电阻（c）查看仿真结果
由回波损耗可以看出S12=S13=-3dB，S11在-20dB以下。

相对带宽约为27%。

（d）场分布图
（e）模型下载
wilkinson功率分配器
(37.54 KB)
下载提示：有模型附件下载的，请将文件后缀格式“.txsjw”改为“.rar”即可正常打开。

温馨提示：如有转载请注明出处-天线设计网-在HFSS中仿真设计中心频率为4.7GHz的
wilkinson功率分配器(图文)。

一分四功分器-仿真案例一分四功分器的设计这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个一分四的微带功分器。

图1一、开始1. 启动Ansoft HFSS点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS13程序组，点击HFSS13，进入Ansoft HFSS。

2. 设置工具选项1、设置工具选项注意：为了与这个例子的后续步骤一致，要对工具选项进行如下设置：选择菜单File > New 。

2、从Project 菜单选择Insert HFSS Design。

图24. 设置求解类型1. 选择菜单HFSS 〉Solution Type。

2. Solution Type窗口：1）选择模式驱动（Driven Modal）2）点击OK按钮。

图3二、建立3D模型1. 设置模型单位1. 选择菜单Modeler 〉Units 。

2. 设置单位：a. 选择单位毫米（mm）b. 点击确定2. 设置默认材料1. 在3D模型材料工具栏，选择Select。

图42. 选择定义窗口：a. 在通过名称区域输入Taconic TLX (tm)。

b. 点击确定。

图53. 创建衬底1. 创建衬底1）选择菜单Draw 〉Box 。

在坐标输入区域，输入长方体的位置X: 0.0 , Y: -60，Z: 0.0，点击Enter 键。

坐标输入区域，输入长方体的对角位置dX: 37,dY: 120,dZ: 0.79，点击Enter 键。

2) 设置名称在性质（Properties）窗口点击Box1选择属性（Attribute）。

在名称（Name ）处输入：Sub1在透明度(Transparent)选择0.6点击确定。

2. 优化视角选择菜单：View 〉Fit All 〉All Views 。

或者按住CTRL+D 键。

如图6所示图6三、.创建无限接地板1. 创建无限接地板1)选择菜单Draw 〉Rectangle2)在坐标输入区域，输入矩形位置：X: -30, Y: -72, Z: 0.0, 点击Enter 键。

射频与微波⼯程实践⼊门-第1章-⽤HFSS仿真微波传输线和元件第⼀章⽤HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应⽤领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界⾯和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 ⼯程设置 (10)1.4.2 建⽴矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜⽚ (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建⽴三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存⼯程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 ⽣成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建⼯程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (35)1.6.4 ⽐较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建⽴三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存⼯程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 ⽣成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47) 1.8.1 建⽴匹配膜⽚与⾦属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建⽴三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存⼯程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 ⽣成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64) 1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建⽴三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存⼯程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 ⽣成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77) 1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建⽴三维模型 (78)1.11.3 建⽴波导端⼝激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存⼯程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 ⽣成报告 (82)1.11.8 产⽣场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极⼦天线的设计 (85) 1.12.1 创建⼯程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显⽰结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——⽅形切⾓圆极化贴⽚天线的设计 (98) 1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建⼯程和运⾏环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考⽂献 (108)第⼀章⽤HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应⽤领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界⾯和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 ⼯程设置 (10)1.4.2 建⽴矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜⽚ (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建⽴三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存⼯程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 ⽣成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31) 1.6.1 创建⼯程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (35)1.6.4 ⽐较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39) 1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建⽴三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存⼯程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 ⽣成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47) 1.8.1 建⽴匹配膜⽚与⾦属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52) 1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建⽴三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存⼯程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 ⽣成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64) 1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建⽴三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存⼯程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 ⽣成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77) 1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建⽴三维模型 (78)1.11.3 建⽴波导端⼝激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存⼯程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 ⽣成报告 (82)1.11.8 产⽣场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极⼦天线的设计 (85)1.12.1 创建⼯程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显⽰结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——⽅形切⾓圆极化贴⽚天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建⼯程和运⾏环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考⽂献 (108)第⼀章⽤HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介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。

引言•建立三维仿真模型的过程与绘制三维工程图类似。

通常用一些基本元件构造复杂结构。

基本元件可以分成点、线、面和实体四种基本类性。

每种类型又包含多种基本元素例如，面类中矩形、圆形、多边形、椭圆形和由函数定义的面等。

•每种基本类型又可以通过平拉、旋转等操作转换。

例如，线经过平拉转换成面。

面经过平拉转换成实体。

•在四种基本类型中只有实体具有材料属性。

点、线和面没有材料属性。

在四种基本类型中只有面和实体的表面可以赋边界。

•建立模型并不是简单地照搬，应去掉与电磁特性无关的部分。

建立和简化模型需要利用电磁场和微波技术的基本概念。

HFSS的基本界面什么是仿真模型？导入模型？Import From a File•HFSS和CST都可以从其它软件导入2D或3D图形。

•导入的模型一般不能参数化，不能修改。

•一般不提倡导入模型–多数零件都是金属件，计算的场在介质中；–零件有公差。

Import From a File•HFSS手工绘制仿真模型？HFSS的画线菜单Draw Geometry•Basic Geometry–Line –Face –SolidHFSSCSTDraw Geometry•Transform–Line->Face–Face->solid旋转结构－螺旋的建模1. 定义要旋转的截面定义整个螺旋的圈数和高度NOTE: 旋转方向依赖右手法则5. 删掉刚才选的虚拟截面,按(D)拉伸生成扭曲波导选择面= -5 度基本3D 结构汇总方块圆柱圆环椭圆柱球体圆锥拉伸旋转Boolean (HFSS)•BooleanGeometry Transform (HFSS)•Transform–Arrange–Duplicate–Scale结构变换－窗口详解结构变换－效果举例四次平移依XOY平面镜像布尔运算(CST)两物体“相交”（立方体和圆球）布尔运算－操作步骤现以立方体“减”圆球为例，来说明布尔运算的操作步骤1. 原始两不同材料物体 5. 回车确定Working Coordnate System•Working CS(HFSS)工作坐标系－概述CST MWS中有两套坐标系统1. 全局坐标系（X，Y，Z）全局坐标系工作坐标系－应用举例（1）现用一立方体上倾斜圆柱的创建过程来举例说明WCS的用法1. 全局坐标系下的立方体3. 激活WCS，选中顶面工作坐标系－应用举例（2）5. 选中顶点 6. 让WCS与顶点对齐续工作坐标系－应用举例（3）12. 最终效果9. 将WCS沿V轴旋转30°10. 在WCS 下创建圆柱11. 在Overlap提示框中将二者相加Draw Equation Based CurveDraw Equation Based Surface由解析曲线生成旋转体1) 执行宏命令2)enter your functionFor xxx = 1.5 To 10 STEP 0.53) 使用捕捉功能对解析曲线闭合4) 由线到面5) 旋转analytic_curves.modFillet the selected EdgeChamfer the selected Edge倒角1. 原始物体 4.b 设置倒角半径5. 最终结果4.a 设置倒角宽度Objects->Chamfer Edges渐变操作选择要连接的2个面，以说明:不平行也可以操作掏空“掏空”功能对很多物体（如波导，喇叭，抛物面天线等）的建模都极为方便1. 原始物体2. 分别选中前后两个面参数化建模•在HFSS和CST中都可以参数化建模。

一、HFSS 原理总结HFSS （High Frequency Structure Simulator)1）基于电磁场有限元方法（FEM ）2）可对任意三维波形进行全波分析求解3）自适应网格剖分技术(一般情况下自适应网格剖分足以得到较为精确的数值,如果自己设定的话，可针对需要特别精确结果的位置)求解原理1）将结构划分为有限元网格（自适应网格剖分）2）在每一个激励端口处计算与端口具有相同界面的传输线所支持的模式 3）假设每次激励一个模式,计算结构内部全部电磁场模式 4）由得到的反射两和传输量计算广义S 矩阵散射参量S 计算1）基本计算：OL OL Z Z Z Z S +-=，Z L 输入阻抗，Z o 输出阻抗.2）S 参数是就端口的反射波而言定义的。

S 参数常用于特高频和微波频率，因为在这类高频条件下，电压和电流很难直接测定。

另一方面，利用定向耦合器可以很容易地测定入射功率和反射功率。

S 参数矩阵方程定义为其中是端口k 上的入射波，是端口k 上的反射波，一般规定和与功率的平方根有关,因此二者与波电压有关，定义如下：其中是每一个端口基准阻抗构成的对角矩阵，是的按元素的（element —wise ）复共轭矩阵，和分别是每一个端口电压和电流的列向量,且若假设每一个端口上的基准阻抗均相等，则定义可简化:其中是每一端口的特性阻抗.3)若在端口1加入射功率波，由其引起的出射波一部分会出现在端口1()，另一部分会出现在端口2（）；同理，端口2加入射功率波，由其引起的出射波一部分会出现在端口1（）,另一部分会出现在端口2（）.端口1的两股出射波之和为，端口2的两股出射波之和为.不过还存在一种特殊情况：按照S参数的定义，若端口2终端接入的负载阻抗与系统阻抗相等（端口2匹配），那么由最大功率传输定理，会被完全吸收，这使得等于零。

因此,同样，如果端口1终端接入的负载阻抗与系统阻抗相等(端口1匹配)，会为零，则各参数的物理含义和网络特性如下：是输入端口电压反射系数，即端口2匹配时，端口1的反射系数是反向电压增益，即端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数是正向电压增益，即端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数是输出端口电压反射系数，即端口1匹配时，端口2的反射系数对于互易网络,。

在HFSS中仿真设计中心频率为4.7GHz的wilkinson 功率分配器(图文)
时间：2015-08-15 来源：天线设计网TAGS：功率分配器功分器无源器
件wilkinson
功分器是无线通信系统中的一种非常重要的微波无源器件，在天线阵馈电系统、功率放大器和无线局域网中都有着广泛的应用。

目前应用最多的微波功率分配器多为威尔金森(wilkinson)形式的功分器，其优点在于设计方法较简单、易于实现，输出端口可以实现较高隔离。

小编今天带给大家的是以介质板材roger 5880的经典的wilkinson功率分配器的仿真设计。

介电常数为2.2哦。

step1：首先当然是确定Z0啦。

一般都选取50欧姆呢。

那么中间的R=2*Z0=100欧姆。

step2：四分之一波长线要注意不是空气中的波长哦。

step3：当然是优化仿真结果啦。

（a）仿真模型：
（b）在hfss中加入集总参数元件电阻（c）查看仿真结果
由回波损耗可以看出S12=S13=-3dB，S11在-20dB以下。

相对带宽约为27%。

（d）场分布图
（e）模型下载
wilkinson功率分配器
(37.54 KB)
下载提示：有模型附件下载的，请将文件后缀格式“.txsjw”改为“.rar”即可正常打开。

温馨提示：如有转载请注明出处-天线设计网-在HFSS中仿真设计中心频率为4.7GHz的
wilkinson功率分配器(图文)。

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

E aiWi
i 1 6
棱边i的矢量基函数 棱边i的未知系数 每个四面体6个未知量
Wi : ai :
Second order basis function: nodal values at vertices, on edges and on faces. 45 unknowns per tetrahedron.
1.运行HFSS，建立项目（Project, ###.hfss） 2.插入一个设计(Design) 四个准备 3.选择求解器类型(Solution Type) 4.设置合适的单位(Units) 5.建立模型（Model） 6.设置边界条件（Bounderies） 7.设置激励（Excitions） 8.设置求解频率等（Solution Setup） 六大步骤 9.检查当前工程的有效性（Validation check） 10.求解当前工程（Analyze all） 11.创建结果报告（Results）
Coplanar Microstrip structure analyzed using Driven Modal
Coplanar Microstrip structure analyzed using Driven Terminal
Coupled Cavity resonator analyzed using Eigenmode solver
2.2 HFSS仿真类型与过程
The six general steps in an HFSS simulation：
2.3 HFSS使用方法与技巧
一、HFSS 工作环境（Desktop）
一、HFSS 工作环境
一、HFSS 工作环境
一、HFSS 工作环境
一、HFSS 工作环境