作者：徐兴福
出版社：电子工业出版社
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HFSS射频仿真设计实例大全试读：
前言
现在的产品设计，不管是结构制图，还是电路板的设计，以及电子电路仿真都离不开新兴的 EDA 软件。作为射频工程师，必须掌握两种以上电路仿真设计软件：对电路仿真，具有代表性的是 Keysight 的 ADS；对于场仿真、结构类微波器件的仿真，具有代表性的是Ansys的 HFSS。目前这两款软件在企业、高校及研究所有着非常广泛的应用。
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 提供了众多基于有限元、积分方程和高级混合方法的最先进求解器技术，可满足各种微波、RF和高速电路求解及应用。
本书采用较新的 HFSS15 版本作为平台，按照软件仿真设计的顺序流程，由浅入深、从功能介绍到工程应用，系统讲解了 HFSS 用于射频微波电路设计的方法。目前市面上有不少HFSS 的书籍，但是学完只掌握了软件的基本操作，为了能让读者快速掌握这款实用软件并运用工程设计，编者组织了一批有设计经验的射频工程师编写此书，做到理论、仿真、实际相结合，并将书中部分案例做出实物且进行了测试对比，工程性非常强。
该书有21章，分为基础篇和实例篇：
基础篇（1～6 章）：内容包括 HFSS 基本功能、建模、网格、变量设置、调谐优化、仿真结果和数据输出，以及HFSS和第三方软件的结合。
实例篇（7～21 章）：内容包括微带线、微带滤波器、腔体滤波器、介质滤波器、功分器、耦合器、微带天线、GPS/北斗天线、键合线匹配、SMA头、LTCC、DRO、频率选择表面的设计与仿真。
编者根据在校学生及工程师应用需要编写此书，提供大量的仿真设计实例，希望能起到抛砖引玉的作用。最后非常感谢电子工业出版社方面给予的建议及各个方面的支持，同时对本书参考Ansys公司和网上较多文献资料，在此一并表示感谢！
由于编者水平有限，书中错误在所难免，希望各位同行批评指正（电子邮件bruce_xuxf@126.com）。编者2015.3.5基础篇第1章HFSS功能概述1.1 概述
HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由Ansys公司推出的三维电磁仿真软件，是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件、业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。
HFSS 经过 20多年的发展，已经是电子设计人员，尤其是电磁仿真人员，必不可少的工具。在射频、微波、天线、高速电路等领域得到了广泛应用，已成为三维全波电磁场仿真的行业标准和黄金工具，是工程师们的得力助手。为了应对快速发展的设计需求，除了仿真功能的不断扩展外，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，发展至今的V15版本。
HFSS15 相对于以前版本更新的内容包括：更快的矩阵求解器与 HPC、全新升级的有限大阵列求解器、更加灵活和强大的混合算法、改进的宽带扫频、更完善的多物理场求解流程等，此外，与ECAD的接口、瞬态求解器、易用性等方面也有显著增强。
HFSS适用领域如下所示。
● 高频组件：LTCC、介质振荡器、耦合器、滤波器、隔离器、功分器、芯片部件、磁珠等。
● 天线：贴片天线、角锥天线、阵列天线、Vivaldi 天线、八木天线等。
● 电缆：同轴电缆、双绞线电缆、带状电缆等。
● IC 封装：引脚型（QFP、PLCC、DIP、SOP 等）、PGA、BGA、TAB、功率器件（IGBT、功率MoSFET、DBC 基板等）、MCM 等。
● 连接器：同轴连接器、多脚连接器（端子型、卡槽型等）、插针插座等。
● PCB 板：裸板、平面、传输线、网格平面、硬板、混合板、柔性板。
● 其他：RFID、无线充电、EMC/EMI、核磁共振、微波加热、光电接口。
图1.1为HFSS工作界面。
HFSS 提供了简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。HFSS软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场 3D 图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。
使用HFSS，可以计算的参数与输出结果如下所示。
● S 参数、Y参数、Z参数。图1.1 HFSS工作界面
● TDR.
● 端口面的传播模式和端口阻抗。
● Touchstone 文件、Spice 网表。
● 差模/共模传输线特性。
● 辐射特性（方向图、增益、3/5/10m 远场）。
● 单站、双站RCS。
● 电磁场显示（散射场、矢量场）。
● 电场、磁场、电流密度、功率损耗等，场计算器可以得到的各种物理量。1.2 HFSS功能特点
1.电磁求解技术
HFSS 提供了诸多最先进的求解器技术，用于高频电磁场仿真。强大的求解器基于成熟的有限元法、完善的积分方程法，以及结合了两者优势的混合算法，在易用的设计环境中为使用者提供了最先进的计算电磁学方法。
包括：频域求解器、瞬态求解器、积分方程（IE）求解器、物理光学求解器、混合有限元—积分方程法（FE-BI）求解器、平面EM。
2.HFSS 3-D建模器
3D 界面使用户能够建模复杂的 3D 几何结构或导入 CAD 几何结构。通常情况下，3D 模式可用于建模和仿真天线、RF/微波组件和生物医疗设备等高频组件。工程师能够抽取散射矩阵参数（S、Y、Z 参数），对 3D 电磁场（远近场）进行可视化，并生成可链接到电路仿真的 ANSYS 全波 SPICE 模型。该建模器包含了参数功能，能方便地帮助工程师定义变量，根据设计趋势、优化敏感度和统计分析变更设计。如图 1.2 所示为创建的手机模型。图1.2 创建的手机模型
3.先进的有限大阵列天线仿真
HFSS 软件能够计算有限大尺寸的相控阵天线的所有电磁效应，包括单元间互耦及阵列边缘效应等。
传统仿真大型相控阵天线的方法是假定其为无限大阵列以估算天线性能。在这种方法中，一个或多个天线单元的周围设置为周期性边界，形成一个基本单元，周期性边界分别在两个方向将场径向形成无限多单元的阵列。在过去的很多年中，工程师利用 HFSS 中周期性边界条件功能仿真无限大相控阵天线，并提取每个单元的阻抗和单元辐射方向图，其中包含了所有的互耦效应。该方法对某些扫描条件下的阵列盲区预测非常有效，但是无法获得有限大尺寸阵列的特性，也即阵列边缘效应。如图1.3所示为天线阵仿真。图1.3 天线阵仿真
4.自动自适应网格剖分
自动自适应网格剖分技术是 HFSS 的主要优势之一，有了它，使用者仅需要专注于几何结构、材料属性和输出结果的设置。剖分过程使用高可靠性的体网格剖分技术，利用多线程减少内存消耗并提高仿真速度。自动自适应网格剖分可以有效地减少有限元网格生成和细化的复杂度，从而对任何问题都可进行高效的数值分析。如图 1.4 所示为依据场分布自适应剖分网格。图1.4 依据场分布自适应剖分网格
5.网格单元技术
HFSS 软件采用四面体网格单元对给出的电磁问题进行求解。这种类型的网格单元结合自适应剖分步骤，对任何 HFSS 仿真都可实现几何体共形，并适应电磁特性的剖分。HFSS据此可对任何仿真提供最高保真度的结果。除了可生成标准的一阶（first-order）四面体网格外，HFSS 还可生成零阶（zero-order）和二阶（second-order）单元，以及不同阶数混合的单元。利用混合阶（mixed-order）单元技术，HFSS 基于网格单元的尺寸指定单元阶数，可实现更加有效的网格剖分和求解过程。
HFSS 还具备曲线型网格单元技术，可与任何相关曲面实现完美共形。这样就可提供最高的精确度，且完全没有任何假设或曲面细分。如图1.5所示为共性曲面自适应网格剖分。
6.高性能计算
ANSYS HPC 计算技术为 HFSS 仿真提供最强大的计算能力。有了 ANSYS Electronics HPC，您可以求解更大、更复杂的电磁场仿真问题，还可以利用网络化计算资源实现更快的求解。图1.5 共性曲面自适应网格剖分
7.优化和统计分析
ANSYS Optimetrics 是通用软件选项，可为 HFSS 3D 界面增添参数扫描、优化分析、敏感度分析和统计分析功能。Optimetrics 通过在设计参数中快速确定满足使用者设定约束的优化值，从而使高性能电子器件的设计优化过程自动化。如图 1.6 所示为不同的设计参数函数的手机天线SYZ参数灵敏度频率。图1.6 不同的设计参数函数的手机天线SYZ参数灵敏度频率1.3 HFSS基础知识
1.HFSS数值求解方式
HFSS 利用有限元法（FEM）的数值求解方式，即把物体分解为许多微小的四面体有限元来求解。模型内所有的四面体单元构成一个网格，且网格内的每个有限元的解都是相关的，HFSS最终通过有限元之间的关联得到整个模型的解。
2.自适应求解过程
HFSS 的自适应求解过程能够保证对所建立的电磁模型给出正确的解，其求解过程如图1.7所示。图1.7 HFSS自适应求解过程
自适应分析是模型网格重复并精炼提升的过程，网格一般在电场求解误差大的地方精炼提升，大部分的 HFSS 问题都可以通过网格自适应提炼过程从而精确地求解。以下为自适应分析的一般过程：（1）HFSS产生初始的几何共形网格；（2）HFSS利用初始网格求解在激励频率处的模型；（3）基于当前有限元分析结果，HFSS 确认误差较大的区域，于是更小的四面体在这些区域加强；（4）HFSS产生新的解；（5）HFSS重新计算误差，重复以上过程直到结果收敛；（6）如果所求解为频率扫描，则HFSS不需要重新定义网格求解其他频率处。
3.HFSS求解步骤
HFSS求解过程如图1.8所示，主要包括6个步骤。图1.8 HFSS求解过程（1）创建三维模型。在HFSS中画出所需分析的几何模型。三维模型可以在HFSS中直接画出，三维模型可以是全参数化的。全参数化的模型可以让创建者随心所欲地更改结构的几何参数。同时可以通过其他软件（如 Solidworks、Pro/E、AutoCAD 等）导入创建模型，但导入的模型是非参数化的，后续需要通过人工操作修改为参数化模型。（2）设定边界条件。边界条件指定在二维物体或者特定三维物体表面。边界条件对HFSS的求解结果有直接影响。（3）设定激励源。和边界条件一样，激励源对 HFSS 的求解结果也有直接影响，正确设置端口对精确的求解结果至关重要。（4）设定求解值。本步骤使用者需要输入求解频率、收敛标准、最大自适应求解次数、求解频率范围、频率扫描方法等。（5）仿真求解。设置完以上步骤即可进行分析求解。求解时间取决于模型的几何结构、求解频率和可用的计算机资源。（6）结果的后处理。求解完成后，可以在图形中显现得到的 S、Y、Z 参数和场分布。如果是参数化模型，则可以得到一组图形。
4.HFSS三种求解方式
HFSS 有驱动模式、终端驱动模式和本征模式三种求解方式。驱动模式能应对一般所有HFSS 的求解，尤其对包含微带、波导等传输线的模型适用。而对模型通常包含多种传输线，如在求解处理信号完整性问题上，终端驱动模式应用得较多。驱动模式和终端驱动模式很相似，两者的区别在于给出的结果类型。用驱动模型求解的S参数是用入射波和反射波的功率计算得到的，而用终端驱动模式求解的S参数是根据终端的电压和电流得到的。例如，在仿真共面波导或者平行微带传输线时，用驱动模型求解得到的是沿着结构传输的奇偶模，而终端驱动模式求解得到的是共模和差模。本征模式求解得到的是给定结构模型的谐振频率。1.4 HFSS的边界条件
指定 HFSS 的边界条件处于两种目的：① 建立的模型指定为开放或者封闭的电磁模型，如天线需要建立开放的模型，而波导为封闭模型；② 简化电磁仿真模型，提高仿真速度。HFSS提供以下多种边界条件：（1）理想电（PEC）边界条件。HFSS 的默认背景边界条件为理想电边界条件，也就是说建立求解的模型自动地被理想电边界包围。PEC边界条件同时可以应用在模型内部，在该平面上，电场方向和该平面垂直。PEC 边界条件可以指定给 2D 的平面物体，代表该传输线是理想的无耗物体。（2）辐射边界条件。辐射边界条件在 HFSS 里通常用来设置开放的模型，即允许电磁波传输到无穷远处，HFSS 在边界条件处吸收电磁波。应注意的是，如果仿真天线，辐射边界条件必须放在辐射表面的四分之一波长之外。（3）理想匹配层（PML）边界条件。理想匹配层边界条件在HFSS同样用来创建一个开放模型，仿真天线时同样可以选用它。（4）有限电导率边界条件。当创建的 2D 平面模型需要模拟导体时可以使用有限导电率边界条件，在模拟薄带线时很有用。但有限电导率边界条件仅仅在模拟薄导带的厚度比趋肤深度厚的情况下才有效。（5）分层阻抗边界条件。分层阻抗边界条件用来指定具有不同层材料的导体为一层等效阻抗，它同时可以考虑导体表面的平整度。（6）阻抗边界条件。阻抗边界条件用于仿真具有方阻特性表面薄材料，如薄膜电阻等。（7）集成 RLC 边界条件。集成 RLC 边界条件主要模拟理想电阻、电感或者电容等集总元器件，可以模拟单个元件或者 RLC 的并联电路。集成 RLC 边界条件可以看成更近的电阻边界条件，可以直接指定电阻、电感、电容的值。无源的并联元器件可以直接指定边界条件的值，而串联的元器件则需在两个串联的 2D 平面上指定两个独立 RLC 边界条件。（8）对称边界条件。使用对称边界条件可以减小整个电路的仿真尺寸和仿真时间。HFSS 里有两种对称边界条件：电对称和磁对称。值得注意的是，使用终端驱动模式时不能使用该边界条件。在 HFSS 里，对称边界条件代表理想电平面或者理想磁平面对称。使用对称边界条件可以只建立部分仿真电路，降低了设计的复杂度，从而缩短了仿真时间。当使用对称边界条件时，电场被迫平行于或者垂直于对称平面。当电对称平面时，电场垂直于该平面；当磁对称平面时，电场平行于该平面。（9）主从边界条件。当仿真模型包含有大量重复或者周期性的阵列结构时，主从边界条件在这种情况下将十分有用。通常主从边界条件用在无限天线阵列或者频率选择表面上。（10）理想磁边界条件。理想磁边界条件可以用来创建一个自然边界或者模拟一个理想磁导体，该边界条件可以应用在物体内部或者模型外边界。如果应用在内部，HFSS 将迫使在该平面两边的磁场切向分量相等；如果应用在模型边界，磁边界条件等效于一个理想磁导体，磁场的切向分量为零。（11）从边界条件。通常在大的重复阵列结构中和主边界条件配合使用。
图1.9显示了HFSS15可以指定的所有边界条件类型，读者根据自己的需要随意选择。图1.9 HFSS15可以指定的所有边界条件类型
HFSS中的常用边界条件举例如图1.10所示。图1.10 HFSS中常用边界条件举例图1.10 HFSS中常用边界条件举例（续）1.5 HFSS中的激励源
HFSS中有7种激励源：Wave Port、Lumped Port、Floquet Port、Incident Wave、Current Sources、Voltage Sources 和 Magnetic Bias Source，如图1.11所示。所有的激励类型都提供场信息，但是只有Wave Port、Lumped Port、Floquet Port这3种激励方式提供S参数。在HFSS 里，可以指定激励源的类型为场、电压、电流或者电荷。最常用的激励类型为 Wave Port和Lumped Port，这两种端口还提供完整的S、Y和Z参数。Wave Port还可以提供波阻抗、γ常数、传播常数等。当仿真环形器等铁氧体材料元器件时，Magnetic Bias Source将与Wave Port或者Lumped Port联合使用。仿真大的平面结构或者周期结构的模型，如无限大天线阵列、频率选择表面或者光子隙结构，Floquet Ports有很大的用处。Current Sources和Voltage Sources 能够提供理想的电流源和电压源，但是这两种激励模式只提供场信息，所以在一些RF设计场合使用有限制。图1.11 激励源选择
以下对常用的Wave Port和Lumped Port进行说明：Wave Port在HFSS里是最常用的激励方式，广泛应用在微带、带状线、同轴或波导传输线中，它必须位于求解模型的外边界面上。Wave Port 代表能量进入的区域。HFSS 在求解过程中计算γ常数，所以结果可以去嵌入进或者去嵌入出端口，S参数根据去嵌入化的长度自动计算得到。HFSS假想Wave Port连接一个半无限长的波导，该半无限长的波导与端口具有同样性质。HFSS首先计算Wave Port的二维解，然后把该解作为三维模型的源。同时，由于Wave Port是能量进入模型的区域，所以Wave Port尺寸的设置至关重要。图1.12是Wave Port在常用的同轴和微带线上的应用示意图。图1.12 Wave Port应用示意图
Lumped Port 是 HFSS 中另外一个常用的端口类型。类似于面电流源，可以激励常见的各种传输线。Lumped Port 应用在激励电压隙和其他 Wave Port 不方便的场合，它仅仅能应用在模型内部。Lumped Port仿真结果的信息没有Wave Port多，仿真结果包含S、Y和Z参数，没有γ参数或者波阻抗的信息，所以Lumped Port不能去嵌入化，但可以归一化。不像Wave Port，Lumped Port 能够支持单一模式的仿真。Lumped Port 只能定义在二维的平面上，且该二维平面要和两个导体的边缘相连。如图1.13所示，Lumped Port施加在连接微带线和地平面的矩形的上下中点上。图1.13 Lumped Port使用示意图
当创建Lumped Port时，需要在端口上画一根积分线，且积分线必须在连接两个导体边缘线的中点上。同时需要指定该端口的阻抗，作为生成的S参数的参考阻抗。端口阻抗的值也决定了源的电压或者电流的大小。值得注意的是，当阻抗是个复数时，无源器件的S参数值不一定小于等于1。
Wave Port和Lumped Port的比较总结如表1.1所示。表1.1 Wave Port和Lumped Port的比较总结
从表1.1中可以看出，Wave Port和Lumped Port的几个重要区别为：① 位置不同，一个在外部，而一个在内部；② Wave Port 特别适合规格传输线端口，而 Lumped Port 对于BGA、bond-wire等不规则的结构很适合。1.6 HFSS仿真常用设置
1.HFSS求解频率和delta S的设置
HFSS设置的求解频率（Project Manager→Analysis→Add Solution Setup）决定了最大的初始有限元四面体的尺寸，是 HFSS 对模型精确求解的频率，也是自使用求解的频率。求解频率设置的值必须是元器件的工作频率。如果仿真的是一个扫描频率，则求解频率的值为工作频率、扫描频率的中心值或者最高工作频率的 60%～80%之间。选用何种值取决于扫描频率的类型。通常情况下，天线的仿真中设置该值为工作频率，滤波器设置为通带的中心频率。
delta S的值是HFSS判断仿真是否收敛的标准，是仿真结果收敛性呈现给使用者的直接体现。delta S是通过连续两次仿真的S参数的值计算得到的。一旦S参数的幅度值和相位值的改变小于使用者预设的delta S，则仿真即终止。如果一直没有达到预设的delta S，则仿真的次数达到设置的最大的仿真次数时也终止。
如图1.14所示是HFSS中求解频率和delta S的设置界面。图1.14 求解频率和delta S的设置界面
2.最大精炼和最大仿真次数设置
最大精炼的设置是指每次自适应仿真四面体元素增加的最大比例；最大仿真次数是指为了达到收敛的目的，HFSS仿真最多的重复次数。如图1.15所示是最大精炼和最大仿真次数的设置界面。图1.15 最大精炼和最大仿真次数的设置界面
自适应仿真应用 delta S、最大精炼和最大仿真次数控制仿真的程度。delta S 和最大仿真次数决定了仿真什么时候停止。如果在达到最大仿真次数之前满足了 delta S 的要求，则仿真也将停止；同时，如果仿真达到最大仿真次数，而仿真结果还没有收敛，则仿真同样也停止。
3.频率扫描类型设置
频率扫描类型在图1.16中设置。HFSS提供了3种不同的频率扫描类型：离散扫描、快速扫描和插值扫描。选用何种扫描类型取决于使用者的需求。当需要知道一些特殊频率点场信息时，离散扫描比其他两种类型的速度要快；快速扫描通常使用在需要得到一段频率所有解的情况下；插值扫描通常用来解决从DC到高频的情况。图1.16 频率扫描类型的设置界面1.7 本章小结
HFSS 全波三维电磁场仿真器，能求解从直流附近到光波段所有频段。特别在微波设备设计中，HFSS 作为行业标准设计工具而被广泛使用。
一般，为了熟练掌握电磁场仿真工具，需要学习较深的电磁场知识。HFSS 具备了直观友好的用户界面、确保求解精确的全自动自适应网格剖分技术，以及对复杂形状实现稳定分析的求解器，使得初学者能够与资深使用者一样，方便简单地得到精确的分析结果。第2章HFSS建模操作
Ansoft HFSS 提供强大的建模支持，用户能够在HFSS中方便快捷地构建模型，但是在构建模型之前先认识一下HFSS用户自定义设置。2.1 建模相关自定义选项的设置
执行菜单命令【Tools】＞【Options】＞【Modeler Options】，弹出“3D Modeler Options”对话框，如图 2.1 所示，通过此对话框可以对建模相关的默认项进行设置（克隆选项、物体的默认颜色等）。图2.1 “3D Modeler Options”对话框“Clone”选项栏：设置物体在执行布尔运算（Unite、Subtract、Intersect）操作时是否保留原物体；勾选复选框为保留，不勾选复选框为不保留原物体。“Coordinate System”选项栏：建立新坐标系时是否自动切换到新坐标系；勾选复选框为自动切换到新坐标系，反之不会切换。“Polyline”选项栏：设置创建闭合曲线是否自动生成面模型；勾选复选框表示创建闭合曲线自动转化成面模型，反之创建的闭合曲线依然是线模型。“Model Edit”选项栏：设置模型编辑窗口；勾选“Delete invalid object”复选框表示删除无效的创建对象。“History Tree”选项栏：设置操作历史树时是否自动展开；勾选“Select last command on object select”复选框，在3D模型窗口选中物体时，操作历史树中对应的物体名称和操作记录会自动展开；勾选“Expand history tree on object”复选框，在模型创建完成时，操作历史树对应的物体名称和操作记录会自动展开。
UDM/UDP 选项栏：设置用户定义初始化模型；在计算几何模型时是选择内置计算引擎还是采用桌面。
将“Operation”标签页切换到“Display”标签页，如图2.2所示。图2.2 “Display”标签页设置“Rendering defaults”选项栏：Default Color 设置物体的默认颜色；“Default view render”设置物体的默认显示方式，实体形式显示（SmoothShade）、边框形式显示（WireFrame）；“Default Transparent”设置物体的默认透明度，0～1之间，0表示不透明、1表示全透明。“Object visualization”选项栏：设置对象可视化；勾选“Show orientation of selected object”复选框表示显示所使用的坐标系，反之不显示；“Outline”选项为对象的轮廓。“Highlight selection dynamical”复选框：设置选中的物体是否高亮显示。“Default tree”：设置操作历史树中物体的分组排列方式；勾选“Group objects by mate”复选框表示操作历史树中相同材料的物体排列在一起。“History operations visualization”选项栏：设置历史操作透明化。“Faceting”选项栏：设置增量分类。“Drawing”标签页设置如图2.3所示。图2.3 “Drawing”标签页设置“Snap Mode”选项栏：设置鼠标光标的捕捉模式；可以勾选栅格、点、边的中心、面的中心等。“Mouse”选项：设置鼠标光标在3D模型窗口的最小移动间隔，以像素为单位。“Operation Data Entry Mode”选项栏：设置创建物体模型的方式，勾选“Point”表示直接使用鼠标操作创建物体模型；勾选“Dialog”，则在建模过程中的每一步都会弹出属性对话框，通过属性对话框输入模型的参数创建模型。“Edit properties of new primitive”复选框：勾选复选框，每次建模完成后都会弹出模型的属性对话框。通常勾选该对话框，以便建模操作。2.2 基础参数化建模
Ansoft HFSS 软件对于微波工程问题采用参数化方法建立 3D 模型，并给定模型材料特征、边界条件和激励条件，然后软件对模型进行离散化，建立 3D 模型的数据文件，利用有限元法（Finite Element Method）对模型进行近似求解。
1.新建工程（1）执行菜单命令【File】＞【New】（或单击图标）。（2）执行菜单命令【Project】＞【Insert HFSS Design】（或单击图标）。
HFSS在插入设计工程时有两个类型：Insert HFSS Design、Insert HFSS-IE Design。前者是常用的用来计算各种无源器件模型；后者是高性能计算，用来解决电大问题。
2.求解类型的设置（1）执行菜单命令【HFSS】＞【Solution Type】。（2）求解类型选择（见图2.4）。图2.4 求解类型选择
求解器类型共有5种模式可供选择：
模式驱动（Modal）：计算基于 S 参数的模型。S 矩阵求解将根据波导模式的入射和反射功率描述。
终端驱动（Terminal）：计算基于多导线传输的 S 参数的终端。S 矩阵求解将以终端电压和电流的形式描述。
瞬态驱动（Transient）：在时域计算问题。它采用时域（瞬态）解算器。
激励源的选择：复合激励（Composite Excitation）和网络分析（Network Analysis）。本征模（Eigenmode）：计算某一结构的本征模式或谐振，本征模式解算器可以求出该结构的谐振频率及这些谐振频率下的场模式。
3.标准单位的设置
执行菜单命令【Modeler】＞【Units】。
如图2.5所示，如果使用者勾选调节到新单位（Rescale to new units）且改变单位，则仅仅改变单位而不会转换数值，即物体尺寸的数值是相同的。例如，在选择 mm 尺寸下创建20mm×20mm×20mm的Box，勾选，更改单位为in，则Box尺寸为20in×20in×20in。图2.5 单位设置
4.测量3D模型大小尺寸
在构建模型时，可以选择测量工具测量3D模型之间的距离。
执行菜单命令【Modeler】＞【Measure】，如图2.6所示（也可以通过右键菜单打开）。图2.6 测量选项
Position：测量一个点的坐标或者用鼠标左键选择该点移动鼠标显示出该点的距离和X、Y、Z增量，如图2.7（a）所示。
Edge：测量一条线的长度，如图2.7（b）所示。
Face：测量一个面的面积和X、Y、Z增量，如图2.7（c）所示。
Object：测量一个对象的体积，如图2.7（d）所示。
5.栅格、创建模型平面、鼠标移动空间设置
创建一个新的工程模型时，HFSS默认是XY平面、3D模式、栅格标尺。但是在建模中为了方便建模，要更改模型平面和鼠标光标的移动空间。例如，要在 XZ 平面里创建端口平面模型，可以通过以下几种方式更改。图2.7 选定模型分别进行点、棱边、面、体测量
执行菜单命令【Modeler】＞【Movement Mode】。
单击工具栏快捷方式进行更改。
创建模型时在键盘上按【X】、【Y】、【Z】键可以限定鼠标光标在 X、Y、Z 轴线方向移动。
图2.8中，3D表示鼠标可以在3D空间移动；In Plane表示一个点所在的平面内；Out of Plane表示一个点在垂直的平面内移动；Along X Axis限定在X轴；Along Y Axis限定在Y轴；Along Z Axis限定在Z轴。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]