HFSS软件系统介绍

目录第1篇HFSS软件系统介绍 (2)1 3D窗口简介 (2)2 软件系统文件的基本介绍 (5)3 3D建模概述 (6)4 视图窗口的操作 (7)5 应用结构的变换 (9)6局部坐标系 (10)7 几何参数设置 (12)第2篇T型波导腔体内场分析 (14)1 创建工程 (14)2 创建模型 (15)3 建立并求解 (20)4 比较结果 (23)第3篇感想和体验 (25)第1篇HFSS软件系统介绍HFSS（High Frequency Structrue Simulator）软件由美国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。

广泛地应用于天线、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。

1 3D窗口简介Ansoft HFSS 3D 模型编辑器使用简便、灵活，并具有全参数化建模的强大功能，无需编辑复杂的宏/模型来实现。

在此主要介绍HFSS 的3D 建模过程。

通过对这些基本概念的理解，我们可以快速利用3D 参数建模器提供的所有特色功能。

HFSS软件的3D界面如下图所示：1.1 主菜单与工具条主菜单在软件主窗口的顶部，包括File、Edit、Project、Draw、3D Modeler、HFSS、Tools、Window、Help这些下拉菜单。

工具条在主菜单的下一行，是一些常用设置的图标。

1.2 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Project n，n代表当前加入的第n个设计，在该节点下包括模型的所有特定数据。

包括：Model:建立的模型。

Boundaries：边界条件。

定义在问题区以及物体表面的边沿入的场特性，包括良导体表面、阻抗表面、主表面、从表面、集总元件表面等。

Excitations：激励源。

定义某物体或某表面的电磁场的源以及电荷、电流、电压等情况。

包括端口、集总端口、入射端口、电压源、电流源等。

Mesh Operation：网格设置。

定义网格的划分，即网格晶元。

Analysis：分析。

包括求解设置，定义软件如何计算求解。

Optimetrics：优化。

包括所有优化设置。

Results：结果。

包括所有后处理生成的结果报告。

Port Field Display：显示模型的端口场分布。

Field Overlays：显示模型的端口场分布。

Field Overlays：显示某物体、表面的基本或衍生的场分布情况。

Radiation：设置近场、远场。

1.3 绘图历史树、绘图窗绘图历史树包括绘制的所有的几何模型，以及模型的编辑、材料定义等。

绘图历史树右侧是绘图窗，在该区绘制几何模型。

1.4 属性窗属性窗显示在工程树、绘图历史树或绘图区中选中的某一项的属性，可以进行编辑。

在属性窗中可编辑的参数是不定的，其标签页的名称也不定，均由所选中的项的类型决定。

1.5 信息窗信息窗显示与工程创建过程相关的各种信息，例如工程设置的错误信息、分析过程的设置信息等。

1.6 进程窗进程窗在执行仿真时，监视仿真的进度，仿真的每一步都有显示。

1.7 状态条/坐标输入Ansoft HFSS桌面窗口底部状态条显示的坐标输入区，在创建结构模型时，用于确定物体一个点的坐标或偏移量。

在不创建物体时，光标保持非激活状态并且被设定为动态选择状态。

1.8 网格平面为了使创建模型基本单元的工作变得简单，Ansoft HFSS 使用了网格平面或画图平面。

画图平面不会把使用者限制于两维坐标，而只是作为一个向导来简化创建模型的基本单元。

画图平面由激活的网格平面来表示（网格平面不一定是可见的）。

设置如下图。

2 软件系统文件的基本介绍2.1 创建工程从主菜单File\New，创建一个新工程；再选File\Save As，则以新路径、名称保存该工程。

工程文件以*.hfss保存。

2.2 模型视图模型视图有多种，包括移动、旋转、放大、缩小等。

移动：由主菜单选View\Pan，或者按下Shift键的同时点左键移动鼠标，可以移动模型。

旋转：由主菜单选View\Rotate，或者按下Alt键的同时点左键移动鼠标，可以旋转模型。

缩放：由主菜单选View\Zoom，或者同时按下Alt、Shift键，点左键移动鼠标可以放大、缩小模型。

向上移是放大视图，向下移是缩小视图。

适中显示：同时按下Ctrl、D键，可以将模型适中显示。

其它操作还有Zoom In，Zoom Out等。

2.3 复制、粘贴由主菜单选Edit\Copy To Clipboard，可将模型复制到剪贴板，再粘贴到Word、PowerPoint 等基于Windows的程序中，此操作也可复制工程的分析结果图。

2.4 各种HFSS文件一个*.hfss文件包含所有与工程相关的文件。

常见的文件及文件夹类型包括：design_name.hfssresults:文件夹，保存设计的结果数据。

project_name.hfssresults:文件夹，保存工程的结果数据。

project_name.asol:文件，保存工程的场数据结果。

如果求解不合适，则该文件可能为空。

保存在project_name.hfssresults文件夹内。

.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。

2.5 导出文件由主菜单选3D Modeler\Export，选择保存路径、命名，将“保存类型”下拉展开，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ACIS几何固态模型文件，后者为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。

数据列表文件：*.txt为后处理格式文件，*.csv为逗号分隔文件，*,tab为Tab键分隔文件，*.dat为曲线数据文件。

方法：分析出结果后，由主菜单选Report2D\Export，选择保存路径、命名，将Save as type下拉列展开，选择要导出的文件类型即可。

2.6 导出矩阵数据在工程树的Analysis\setup n项上，点右键，选择Matrix Data，出现Solution Data窗，默认Matrix Data标签页，选择想查看的矩阵类型，包括S-matrix, Y-matrix, Z-matrix, Gamma, Z 等参数。

点Export，在弹出的新窗口，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。

包括：*.tab:数据列表文件。

将S矩阵的各项按顺序列出，包括数据头，以Tab键隔开。

*.sNp:Touchstone S参数文件。

后缀名中的N代表有N个端口。

*.nmf:中性文件。

*.m:Matlab文件。

S、Y、Z矩阵的各项按顺序列出。

*.cit:Citifile格式文件。

2.7 导入文件由主菜单选3D Modeler\Import，选择查找路径，将“文件类型”下拉死展开，选择要导出的文件类型，选择要导入的文件名即可。

*.gds:二维几何设计布局数据的标准文件格式。

*.dxf:AutoCAD绘图交换格式文件。

*.geo:HFSS固态模型文件。

*.iges,*.igs:初始图形交换规格（IGES）的工业标准文件。

同样也可导入求解数据、数据列表等。

3 3D建模概述3.1 原始模型在实体建模中，基本元素或基本物体通常被称作为原始模型。

例如长方体、圆柱体、矩形、圆等都是原始模型。

原始模型分为两种类型：三维原始模型或实体、二维原始模型或平面。

通过设置一组适当位置和适合尺寸的原始模型，我们能创建一个代表复杂结构的物体。

创建复杂的物体时，原始模型可以作为“工具”进行打孔、裁减或连接。

用这种“工具”完成的这些操作通常被称作布尔运算。

二维原始模型可以创建成任意形状的实体模型。

3.2二维物体的创建有以下几种二维物体可供选择：矩形、圆、线、点、曲线、椭圆、正多边形。

3.3三维物体的创建有以下几种二维物体可供选择：长方体、圆柱体、球、园环、螺旋体、接合线、圆锥体、正多面体。

3.4 真实表面圆、圆柱体、球体等都可以用真实表面表示。

3.5 捕捉模式作为图形选择的一种辅助手段，图形编辑器提供了捕捉选项。

默认选项如下图所示。

当光标移动到捕捉位置时，活动光标将动态地改变形状。

3.6 移动默认情况下，所有活动光标可以在三维坐标下运动。

当然也可以设置光标仅在一个平面上或在平面之外移动。

这些设置可以在菜单选项中Menu>3D Modeler>Movement Mode 中进行。

除此之外，通过按下x、y 或z 键，可以使光标限制在一个特定的方向上（x、y 或z）移动，以防止光标在其他方向上移动。

按下CTRL＋Enter 键可以设置一个本地参考点。

这对在一个已经存在的物体上创建几何模型是非常有用的。

3.7 导入在3D 模型设计中，可以从外部导入图形文件。

选择菜单：3D Modeler > Import 。

下图中所列的文件格式都是支持的。

但在你的许可文件（License）中还需要一个附加的转换特性选件才可以导入这类文件。

3.8 修复自动修复导入的实体模型根据用户需求导入后手动修复3.9 3D 模型分析基于用户输入的面、实体、区域分析问题列表（面、边、顶点）4 视图窗口的操作利用下面的命令，用户可以在任何时候（甚至在生成图形的过程中）改变视图：4.1工具条旋转（Rotate）——几何结构将会围绕坐标系旋转。

平移（Pan）——结构将在平面区域移动。

动态缩放（Dynamic Zoom）——鼠标向上滚动将增大缩放因子，向下滚动将会减小缩放因子。

放大/缩小（Zoom IN/Out）——在这种模式下，通过拖动鼠标可以形成一个变化的矩形框，释放鼠标后，相应的缩放倍数也就确定了。

快捷键——预先定义的视图改变视图是一个使用频率很高的操作，因此HFSS 软件提供了一些非常有用的快捷键。

按下鼠标左键同时按下相关的键，拖拽鼠标可以完成以下动作：1）ALT + 拖拽鼠标（Drag）——旋转此外，系统中有9 种定义好的视角，只要按住ALT 键并在下图所示的坐标位置（黄点处）双击鼠标即可显示相应视角的图形。

2）Shift + 拖拽鼠标（Drag）——平移3）ALT + Shift + 拖拽鼠标（Drag）——动态缩放4.2 可见性物体、边界、激励源和场报告的可见性通过菜单View > Visibility 控制。