Microwave 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Microwave
标  题: HFSS使用心得(zz)
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Nov 24 19:15:55 2005), 转信


    和大部分的大型数值分析软件相似，以有限元方法为基础的Ansoft HFSS 并非是傻瓜软
件，对于绝大部分的问题来说，想要得到快速而准确的结果，必须人工作一定的干预。
除了必须十分明了模型细节外，建模者本身也最好具备一定的电磁理论基础。这里假定
阅读者使用过HFSS，因此对一些属于基本操作方面的内容并不提及。

1、对称的使用

    对于一个具体的高频电磁场仿真问题，首先应该看看它是否可以采用对称面。这里
面的约束主要在几何对称和激励对称要求。如果一个问题的激励并不要求是可改变的，
比如全部同相馈电的阵列，此时最好采用对称，甚至可以采用2个对称（E 和H 对称），
将可以大大节约时间和设备资源。

2、面的使用

    在实际问题中，有很多结构是可以使用2 维面来代替的，使用2 维面的好处是可以
极大的减少计算量并且结果与使用3 维实体相差无几。例如计算一个微带的分支线耦合
器，印制板的微带以及地都可以指定某些面为理想电面代替，这样可以很快的获得所需
要的物理尺寸及其性能。再以计算偶极子为例，如果偶极子是以理想导体为材质的圆柱
，那么相同的其他条件下其计算时间大约是采用等效面为偶极子的4～5 倍，由此可见一
般。

3、Lump Port（集中端口）的使用

    在HFSS8 里提供了一种新的激励：Lump Port，这种激励避免了建立一个同轴或者波
导激励，从而在一定程度上减轻了模型量，也减少了计算时间。LumpPort 也可以使用一
个面来代表，要注意的是对该Port 的校准线和阻抗线的设置一定要准确，端口在空间上
一定要与其他金属（或电面）相接，否则结果极易出错。

4、关于辐射边界的问题

    在不需要求解近（远）场问题时，比如密封在金属箱体里面的滤波器等密闭问题，
无需设置辐射边界。在需要求解场分布或者方向图时，必须设置辐射边界。这里有些需
要注意的问题：在计算大带宽周期性结构时，比如3 个倍频程，最好分段计算，例如以
一个倍频程为一段，也就是说在不同的频段计算时设置不同大小的辐射边界，否则在计
算的频率边缘难以保证计算精度；其次，辐射边界的大小和问题的具体形状密切相关，
如果物体的外部轮廓可以装在一个球或并不过分的椭球中时，宜采用立方体边界——简
单有效，如果问题的外部轮廓较为复杂或者椭球2 轴差距太大，以采用相似形边界或圆
柱边界，对于辐射问题，如果估计问题的增益较低（比如2dB），那么边界宜采用球形，
此时为了得到结果准确也只好牺牲时间了；另在HFSS 8 中提供了一种新的吸收边界——
PML 边界条件，对于这种边界，笔者并不是很满意，尽管其有效距离为八分之一个中心
波长——是老边界的一半，可以减少计算量，然而这种边界由程序自己生成，为一个立
方体的复杂结构，对于一些特殊的复杂问题，这种边界内部有很多的空间是无用的，此
时还不如使用老边界灵活。

5、关于开孔

    有些问题需要在壁上开孔，此时可以采用2 种办法，其一是老老实实的在模型上挖
空；其二是采用H/Natrue 边界条件，通常，如果是在面上开孔，将会采用后者，简单，
便于修改。

6、关于网格划分

    当模型建立好了之后，进入计算模块，第一步是给问题划分网格。对于一般问题，
让软件自动划分比较省心，但对大型问题和复杂问题，让软件自己划分可能需要很好的
耐性来等待。根据实际经验，在大型模型的结构密集区域或场敏感区域使用人工划分可
以得到很好的效果，有些问题的计算结果开始表现为收敛，但进一步提高精度，却又反
弹，问题就在于开始时场敏感区域的网格划分不够仔细，导致计算结果的偏差。

7、关于所需要的精度

    计算问题时，一般需要给定一个收敛精度和计算次数以避免程序“陷入计算而无法
自拔”，当对模型熟悉后，可以单单靠给定次数。在问题之初，建议的计算精度不要太
高，实际中曾见到有操作者将问题的S 参数精度设定为0.00001，其实这是完全没有必要
的，一般S 参数的精度设定为0.02 左右就已经可以满足绝大部分问题的需要（此时应该
注意有无收敛反弹的情况）。如果是计算次数，对于密闭问题，建议是设定为8～12 次
，对于辐射问题，一般计算6～8 次左右即可观察结果，如果不够再决定是否继续计算。


8、关于扫描

    HFSS 提供一个扫描功能，分3 种方式：快速、离散和插值。其中离散扫描只保留最
后一个频点的场结果，其计算时间是单个频点计算时间之和；对快速扫描，将可以得到
所计算的频率范围内的所有频率场结果，但是其计算速度和频点多少关系不大，基本和
模型复杂程度正比，有时扫描计算的时间非常长，如果不是特别需要关心所有的场情况
，建议选用离散扫描，对于特别巨大的问题，则是以快速扫描为宜。而插值方式比较少
用。

9、关于问题的规模

    HFSS 所能计算的问题规模与计算机硬件关系很大，其次是所使用的操作系统。在H
FSS8 里，问题描述矩阵的阶基本和网格数正比，对于四面体上10 万的问题也能游刃有
余（只要机器够好），然而这并非是指实际问题的电尺寸，实际上，要精确计算一个计
算机网络电缆接头（RJ45）所需要的时间和资源并不比计算一个有一个波长电尺寸的一
般辐射问题少多少，所以实际上其计算规模的主要约束是问题的复杂程度，而复杂程度
里面包含了电尺寸、结构复杂度等要素。由此提醒我们建模时应该尽量简化模型。一般
来说，除了在激励区，当结构电尺寸比二十分之一波长还小时，可以忽略它的存在而不
会引入明显的误差，这一点在解决问题之初很有效，可以迅速发现问题的关键；当问题
的主要要求满足后，再将模型细化以获得更加精确的结果。

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