HFSSV天线仿真基本操作指南Word文件下载.docx
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三、辐射方向图(RadiationPattern)
四、驻波比(VSWR)
五、矩阵数据(MatrixDate)
第一章创建工程
1、运行HFSS后,左侧工程管理栏会自动创建一个新工程:
Projectn。
由主菜单选File>
Saveas,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ValidationCheck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>
InsertHFSSDesign或点击图标,(大口径的由主菜单选Project>
InsertHFSS-IEDesign)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>
SolutionType(求解类型),选择DrivenModel或DrivenTerminal(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,DrivenModel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DrivenTerminal分析。
4、设置单位
由主菜单选Modeler>
Units,在SetModelUnits对话窗中选择合适的单位。
第二章创建模型
由主菜单选Draw>
Rectangle(orEllipse,Circle,Boxandsoon),表示绘制长方体(或长方形、椭圆和圆等等),或者在上侧快捷图标选择,按Tab键切换到参数设置区(工作区的右下角)。
坐标输入窗口位于界面右下角,如图。
a.数据输入未完成时,不要在3D绘图区点击鼠标
b.若想取消所选画图操作,按下esc键即可
c.输基坐标时,z值是有效的,相当于原点坐标的高度坐标值
Rectangle(长方形):
首先输入基坐标(x,y,z),数据输入时用Tab键左右切换,全部设好后按下Enter键确认;
再输入长方形的两边长度(dx,dy,dz),dz均设为0,数据输入方式同上,全部设完按下Enter键确认,完成。
(注:
基坐标位于图形的-x和-y方向的交点)
Ellipse(椭圆):
首先输入基坐标(x,y,z)(椭圆心),再输入椭圆的尺寸(dx,dy,0),dx和dy表示x和y轴上的半轴长,完成。
Circle(圆):
首先输入基坐标(x,y,z)(圆心),再输入圆的尺寸(dx,0,0),dx表示半径长,dx和dy只用设置其中之一即可,另一个设为0,完成。
RegularPolygon(多边形):
首先输入基坐标(x,y,z)(形心),再输入半径(dx,0,0),然后左上角出现Segmentnumber对话窗设置多边数,完成。
Box(长方体):
首先输入基坐标(x,y,z)(底面的-x和-y方向的交点),再输入长方体的三边长度(dx,dy,dz),完成。
Cylinder(圆柱):
首先输入基坐标(x,y,z)(底面圆心),再输入圆柱底面半径(dx,0,0),接着输入圆柱高(0,0,dz),完成。
(可以在第一次输(dx,dy,dz)时同时输入半径dx和高度dz,减少操作步骤)
RegularPolyhedron(多面体):
首先输入基坐标(x,y,z)(底面形心),再输入底面半径和高(dx,0,dz),最后在Segmentnumber对话窗设置多面体侧面数。
Cone(圆锥):
首先输入基坐标(x,y,z)(底面形心),再输入下底面半径(dx1,0,0),接着输入“上底面半径”(dx2,0,0),(实际半径=dx1+dx2)最后输圆锥高度(0,0,dz),完成。
Sphere(球):
先输入基坐标(x,y,z)(球心),再输入球半径(dx,0,0),完成。
Toru(立体圆环):
先输入基坐标(x,y,z)(环心),再输入圆环内半径(dx,0,0),接着输入圆环外半径(dx,0,0),完成。
1、选定操作切换
在绘图区域右击,上部分出现SelectObjects、SelectFaces、SelectEdges、SelectVertices、SelectMulti,依次为选定物体、面、边缘线、顶点等,如果有些部分不好选,可选择Edit>
Select>
ByName(对于Objects和Faces),或者选择Edit>
ByVariable(对于Edges、Vertices和Multi)进行选择。
2、坐标偏移
在菜单中选择Modeler>
CoordinateSystem>
Create>
RelativeCS>
Offset,
则输入相应的偏移坐标:
(X,Y,Z)即可。
3、Boolean运算
a)Unite合并若干部分
选定需要分离的物体——选择Modeler>
Boolean>
Unite,所选部分即拼合在一起,左边绘图树里的两个部分合并在一个标题里。
b)Subtract相减运算
选定需要分离的物体——选择Modeler>
Subtract——弹出Subtract窗口——左边为被减部分,右边为减掉部分,下侧为相减之前克隆减掉部分,据具体情况选择。
c)Split分离某个部分
Split——弹出Split窗口——SplitPlane选XY,KeepFragment选NegativeSide(此操作表示在XY平面处切去,保留部分为Z轴的负半轴部分。
其他同理。
)
Splitobjects选项表示分离所选物体还是分离穿过分离面的所有物体。
一般都是选择前者。
分离前一般配合坐标偏移操作将坐标调至合适位置,再进行分离操作。
(主要是以上三个,其他操作略,同理)
4、复制粘贴操作
选定所要复制的部分——右击选择Edit>
Copy——在绘图区右击选择Edit>
Paste,则在绘图树中增加一个模型标签Horn1(假设复制的是Horn)——双击Horn1,弹出Properties窗口,在Command标签下有模型的参数,通过修改参数,即可绘制出与原模型相同形状但不同尺寸的模型。
利用此操作可以简化某些相同形状模型的绘制过程。
5、材料设置
在上侧快捷图标栏如上部分,点击vacuum出现下拉菜单——选择Select,弹出SelectDefinition窗口——选择所需的材料。
此设置完毕后所绘制的固体均为所设置的材料,直到再次改变此设置。
6、基于方程的曲线
在主菜单选择Draw>
EquationBasedCurve,则出现EquationBasedCurve窗口,如图。
X(_t)=0时,表示所画曲线位于YZ轴,输入自变量t时注意要用_t表示,Point表示在曲线上取的标记点数,这些点平均分布在曲线上。
7、Sweep扫描操作
(1)选定所要旋转的曲线——在主菜单选择Draw>
Sweep>
AroundAxis,旋转扫描,弹出SweepAroundAxis窗口,按如图设置——则曲线被旋转为绕Z轴的对称曲面。
此操作可以绘制抛物面,将曲线绘制为抛物线,即X(_t)=0,Y(_t)=_t,Z(_t)=a*_t^2+b,Start_t、End_t及Points据具体情况未定,然后对此抛物线做SweepAroundAxis操作,即可得到抛物面。
若要绘制固体的,对两条抛物线做此操作即可。
(2)选定所要旋转的曲线——在主菜单选择Draw>
AlongVector——输入(X,Y,Z)及(dX,dY,dZ)得平移向量——弹出SweepAlongVector对话框,取默认值,点OK——则曲线沿向量方向平移向量模的距离。
1、圆极化微带天线:
贴片、介质板、底板、馈电点、端口、空气腔。
2、角锥喇叭天线:
绘制时,选中前后口面(一般为命名为Horn和Aperture的两面),选择Modeler>
Surface>
Connect,则生成如下图所示的喇叭。
创建空气腔波端口的平面要与腔壁重合,切勿让波端口包含于空气腔内。
3抛物面天线:
见“常用操作”中的“Sweep扫描操作”。
第三章参数及条件设置
右图为绘制好某个天线整个模型后ModelerDesignTree窗口(绘图历史树),上面是Solids部分,下面是Sheets部分,此时,每单个模型均未定义材料特性。
如这样的图标是每个模型的名称,在创建时已经命名(以下把这样的图标称为图形名称图标)。
表示此部分的材料,默认为真空。
对于Solids:
选定图形名称图标(利用Ctrl键依次可选择多个),右键选AssignMaterial(也可以在菜单栏HFSS下拉菜单里选择,本文后面很多操作同样如此),在弹出窗口(如下图)的Material标签页中选择给定材料,点“确定”。
依次设定立体模型材料后,可得到下页右上图所示的ModelerDesignTree的Solids部分。
对于Sheets:
选定图形名称图标,右键选AssignBoundary>
FiniteConductivity(orlayerimpedanceandsoon),(如下图)在弹出窗口给边界命名,取默认值,则在工程历史树中的Antenna>
Boundaries节点下添加FiniteCond1项。
所选目标即设为有限导体(设置完的Sheets如右下图所示)。
一般边界为空气腔部分,所以一般选定air空气腔设置边界条件。
在绘图历史树选中air项,右键选择AssignBoundary>
Radiation,如图,在弹出的窗口将辐射边界命名为air1,其他取默认值,点击“OK”,则在工程历史树Antenna>
Boundaries下添加air项。
选定激励平面,点击右键选择AssignExcitation>
LumpedPort(orWavePort),点击“下一步”,若辐射端口不为所选平面的全部,则在IntegrationLine项目中点击None出现下拉菜单,选择NewLine画出激励平面的积分线,或者用(x,y,z)和(dx,dy,dz)坐标输入得到积分线,点击“下一步”,取默认值,点击“完成”退出激励设置。
以波导直立的四面为例:
在绘图区点右键,选SelectFaces,利用Ctrl键,依次选择4个直立面,点右键选AssignBoundary>
PerfectE,(理想导体边界条件)在弹出的窗口点确定,则在工程树的WgAntenna>
Boundary节点下添加PerfE1项(假设所建工程名为WgAntenna)。
注意:
a、如果在选定目标面时,目标面外围有腔体包围,为了选定目标面,需使用可见性功能,有主菜单View/ActiveViewVisibility,在弹出对话窗的3DModeler,去掉哪一项的勾,则这一项在3D图中不显示。
处理完,再同样操作,打勾即可;
b、选定目标面时,可以通过旋转模型实现对不同位置的面的选择。
五、HFSSdesign与HFSS-IEdesign的关联
在模型上,不选任何物体,右键鼠标选AssignExcitation/IncidentWave/NearFieldWave…,弹出SetupLink窗口。
选择本工程,软件自动将HFSSdesign中的馈源模型添加到HFSS-IEdesign
中,点击“确定”,弹出IncidentWaveSource:
GeneralData窗口,任意填写一个名称,点击“下一步”,弹出IncidentWaveSource:
NearFieldWaveOptions窗口,此窗
口设定安装位置,分别为坐标设置和
旋转角度设置,设置完毕后点击“完成”。
第四章设置求解项并分析
一、设置分析
选定工程管理窗口中的Analysis,点击右键选择AddSolutionSetup,弹出SolutionSetup对话窗口(右图所示),在General窗口中取所需输入频率“xGHz”,所需收敛迭代最大步数“n”(MaximumNumberofPasses),在Options窗口中选取MinimumNumberofPasses、MinimumConvergedPasses、Maximumrefinementperpass、OrderofBasis的值,点击“确定”退出。
各参数的选取原则
就精确性而言,对于双频段的仿真(如GSM/DCS,AMPS/PCS,802.112.G/802.115G等),低频段可取MaximumDeltaS=0.02,高频段取MaximumDeltaS=0.01,MinimumPasses6,Maximumpasses16(这一项可以根据你的计算机硬件配置以及你能等待的时间定),MinimumConvergedPasses2(这一项能保证收敛的可靠性)。
另外如果要求收敛快一些,可以提高MaximumRefinementPerPass,一般设成25%(默认20%)。
频率越高,波瓣增加,要求计算的精度也就相应提高。
选定工程管理窗口中的Analysis下的Setup1,点击右键选择AddFrequencySweep(添加扫频),选择SweepType为Fast(orDiscrete、Interpolating),输入计算频率范围及扫描数或步长(范围设置遵循以工作频率为中心的对称原则,扫描数一般100左右,为使频率点是有理数,设100左右时取101最为合适),点击“OK”退出。
如下图,如果工作频率为10GHz,则可选择范围为8-10GHz,扫描数为101,扫描方式Fast(当然,利用LinearStep也可以)。
二、确认设置并分析
由主菜单选HFSS/ValidationCheck,则弹出确认检查窗口,对设计确认没有错误后,点Close确认,然后点HFSS/AnalyzeAll进行求解。
若有一项或几项未打勾,而是如下图下侧所示的则说明这一项参数未设置或设置未成功,需要重新设置。
第五章查看结果
一、3D极化图(3DPolarPlot)(远场为例)
先设置辐射场(远场为例):
选择工程管理窗口中的Radiation,点击右键选择InsertFarFieldSetup/InfiniteSphere,弹出对话框,命一个合适的名称,并设置所需的Phi和Theta的开始值Start、结束值Stop及步长Stepsize,点击“确定”退出。
选定工程管理窗口中的Results,点击右键选择CreateFarFieldsReport/3DPolarPlot,按OK确定,在Solution框选择Setup1:
Sweep,点击Sweeps,选择Theta和Phi为All,选择Freq为给定的xGHz,Category选Gain,Quantity选GainTotal,Function选dB,点击NewReport,点击Close退出。
生成图形如图所示。
二、3D直角图(3DRectangularPlot)(远场为例)
选定工程管理窗口中的Results,点击右键选择CreateFarFieldsReport/3DRectangularPlot,按OK确定,后面操作与3DPolarPlot的操作类似。
生成图形如下图所示。
三、辐射方向图(RadiationPattern)(远场为例)
选择工程管理窗口中的Radiation,点击右键选择InsertFarFieldSetup/InfiniteSphere,弹出对话框,命一个合适的名称,并设置所需的Phi和Theta的开始值Start、结束值Stop及步长Stepsize(此时通过选定特殊的值,可将辐射表面设置为平面,如:
Phi是0~360deg,步长360deg;
Theta是0~180,步长2,则定义的面为xoz面),按确定退出。
选定工程管理窗口中的Results,点击右键选择CreateFarFieldsReport/RadiationPattern,按OK确定,后面操作与3DPolarPlot的操作类似。
同理,在CreateFarFieldsReport选项里,还有RectangularPlot、RectangularStackedPlot、DataTable、RectangularContourPlot,依次即为直角坐标图、直角坐标叠积图、数据表、直角坐标轮廓图。
在弹出的对话框里的操作类似于上述3DPolarPlot方向图。
选定工程管理窗口中的Results,点击右键选择CreateQuickReport,在弹出的对话框里选择VSWR,点击OK,接着会弹出两张图VSWR图,选定第一个VSWR,点击右键选择ModifyReport,将Function改为dB,点击ApplyTrace,点击Close退出。
生成dB(VSWR)对频率Ferq的图像,如下图所示。
同理,在QuickReport对话框里,可以选择其他特性图,如Lambda、Passivity、PortZo、SParameter等等。
选择其他特性图后,操作与VSWR操作类似。
在工程树中的WgAntenna/Ana-lysis/Setup1项上点右键,选择MatrixDate标签页显示结果,如下图所示,图中为S矩阵和Y矩阵结果,还可以勾选Z0、X等参数,点Close关闭。
(假设所建工程名为WgAntenna)
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