1、引言 1-1 1 引言 Introduction Ansoft HFSS是一个计算电磁结构的交互软件包。计算模拟器还包括分 析电磁结构细节问题时的后处理命令。使用 Ansoft HFSS，应该计算： l 基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题。 l 端口特征阻抗和传输常数。 l S参数和相应端口阻抗的归一化 S参数。 l 结构的本征模或谐振解。 当画出结构，明确每一个物体的介质参数，建立端口标识，源或者具体 的表面特征时，本系统可以产生 必要 的场解。当 你 建立一个问题时， Ansoft HFSS可以 允许你指定 一个 频段内 的一个或 几 个 频率点 。 Ansoft HFSS可以
2、有效 的 运行在 UNIX 工作站 和 PC机 的 WINDOWS下 。 有限元法 下 面 显示为 一个 由 模拟器建立的 样 本结构。 这 个 混合接头 的特征是 信号 从 端口 1平均耦合到 2、 3端口， 不耦合到 4端口。 在 Ansoft HFSS， 这 个 几何 结构 自动被剖 分 成许多四 面体，一个 四 面体 基本 上 是一个 四 面的 角锥 。 四 面体的 集合叫做有限元网 面。 下图 是 混合接头 的 有限元网 面 剖 分 图 。 将 一个结构分 成成千上万 的 小区域（单元） ，系统分 别 计算每一个 单元 。 系统 划 分的 区域越小 ， 最终 值 越精 确。 样本问题
3、 这 本 手册 以包 含小损耗材料 的 圆柱腔为样例 ， 采 用本征模 方法求 出 了自 然 谐振 频率 。 这 个问题常用的 几何 模 型如下所示 ：具体的 尺 寸 在 第 4章“ 画引言 1-2 出 几何 模 型 ”中给 出。 预期结果 l 找 出 五 个本征模和 与之 相 关 的 Q因子 。 l 画出 两 个模 型 的电场 图 。 l 比较 模 型 的 矢量 图 和 它 的 演变 模 型 。 l 创 建生 动 的 矢量 图 。 创 建本征模 项目 2-1 2 创建本征模项目 Creating the Eigenmode Project 这 本 学习 指 南 是 在 已经安装好 了 Ans
4、oft HFSS前提 下 进 行 的。 注意： 如 果 你 还 没 有 安装 软件或者还 没 有 设置好 运行 软件， 那么 ， 停 下 来！先按照 安装 指 南 的 步骤进 行 操 作 。 本 章 的 目 标 如下 ： 1. 创 建一个 项目目录 用 于存储 例 子 。 2. 接 着 在 那 个 目录 下 创 建一个 新 的 项目 用 于存储 本征模问题。 时间： 完 成这 章大约需 要 10分 钟 。 进入项目管理器 为了 访 问 Ansoft HFSS， 你必 须先访 问 Maxwell控制 面 板 ， 在这 里 可以 创 建和 打 开 所有 的 Ansoft产 品项目 。 访 问 Pr
5、oject Manager 1. 执 行下 列操 作 之 一 来访 问 Maxwell 控制 面 板 ： 在 UNIX工作区 ， 在 UNIX命令 下 输 入 下 列语句 ： Maxwell & 在 PC上 ，用 鼠 标 左键双击 Maxwell图 标 . 这 时 会 出 现 如下图所示 的 Maxwell控制 面 板 ： 创 建本征模 项目 2-2 如 果 Maxwell控制 面 板没 有 出 现 ， 那么 参 考安装 指 南查找 可 能 出 现 的问题。 2. 单 击 Maxwell控制 面 板 的 Projects图 标， 访 问 Project manager。 注意： 从 现 在 开
6、 始 ，当 你要 选择某 个 图 标或者 某 个命令时， 单 击鼠 标 左键 。出 现 的 Project manager如上图所示 ： 创建项目目录 在 使用 Ansoft HFSS求 解时， 第 一 步就 是 要 创 建一个 目录 和 项目 ，用 于 存储与 问题相 关 的数 据 。一个 项目目录 包括用 Ansoft软件 来创 建的 某 一系 列 的 项目 。 你 可以使用 项目目录对项目进 行 任意 分 类 。 例如 ， 你 也 许 想 在 一个 项目目录 下 存储与某 一特 定 用 途 有 关 的 所有 项目 ， 那么 ， 你 可以 在 缺省 目录 下 建立一个 项目目录 。 Pro
7、ject manager应该 仍 然在 屏幕 上显示 ， 你 可以 为 使用 getting started 向导 为你 创 建的 项目 加 getstart目录 。 注意： 如 果 你 已经 通过另 一 getting started指 南创 建 了 项目目录 ， 直 接 跳 到 “ Creat a Project”这 一 步 。 为这 个 例 子 加 一个 项目目录 ： 1 在 窗 口 左 上方 的 Project Directory中选择 Add。 就会 出 现 下图所示 的 窗 口， 窗 口 中列 出 了 目录 和 子目录 ： 2 在 Alias中 输 入 如下 语句 ： getsta
8、rt 3. Make New Directory. 4 选择 OK. 在 当 前 缺省 的 项目目录 下 创 建 getstart 目录 ， 并且 getstart 现 在 出 现 在 Projects块 中 。 返回 Project Mannager窗 口。 注意： 项目 只 能 在有别 名 的 目录 下 创 建 也就 是 说 ，使用 Add 命令可以识 别为 项目目录 的 目录 。 为了 改 变目录来 看 一 下 另 一 目录中 的 内 容 ： 1. 从 Project Directory块 中选择 Change Dir. 创 建本征模 项目 2-3 2. 双击 想 要 的 目录 。（ 选
9、择 /移 动到 目录 结构 中 ） 3. 完 成 后， 选择 OK. 如 果 想获得 关于 更改 目录 和 其他 Project Mannager更 多 的 信 息 ，可以参 考 Maxwell控制 面 板 画 线 的 文档 创建项目 现 在 准备 在 项目目录 eigen下 创 建一个 新 的 项目 。 访问项目目录 在你 创 建 新项目之前 ， 要 访 问 getstart项目目录 。 访 问 项目目录 ： 在 左 下角 的 Project Directory块 中选择 getstart. 显示在 Project Manager菜 单 顶部 的当 前目录变 为显示 与 别 名 getsta
10、rt 有 关 的 目录 路径 。 如 果 你 以 前创 建 过 模 型 ， 那么它 将被 列 在 Projects 块 中 。 否则 的 话 ， 项目 块 是 空 的 说 明 在 项目目录 下 还 没 有 创 建 项目 。 添加新项目 添加 新项目 ： 1. 在 菜 单 左 上 部 的 Projects块 中选择 New。 将 出 现 如下图所示 的 窗 口。 2. 在 Name里 输 入 eigen。使用 Back Space和 Delete键来 修改 输 入 。 3. 选择创 建 项目 的 类 型 ， 单 击列于 Type中 的软件包。 会 出 现 一个 列 有所 有 可 选 Ansoft
11、软件包的 菜 单 。 选中 Ansoft High Frequency Structure Simulator 7作为 项目类 型 。 4. 可 选项 ， 在 Created By中 输 入 你 的 名字 。 注意： 如 果 你在工作站 和使用 Microsoft Windows NT的 PC上运行 软件的 话 ， 人 名 会 以 缺省 的 方 式 自动 出 现 在 系统 中 。 5 取消 选 定 Open project upon creation。 当 选 定这 项 时， 单 击 OK就会打 开 项目 。 但 现 在 还 不要 打 开 项目 。 6. 选择 OK创 建 项目 。 刚刚 输
12、入 的 信 息 现 在将在 Selected Project 块 的相应 地 方显示 出 来 。 选 中 Writable，表明 你 已经访 问 过 这 个 项目 。 存储项目注释 将你 的 新项目 注释 存储 起 来 ， 这样在你下 次 使用 Ansoft HFSS时， 你 无 需打 开 项目就 可以 看 到 它 的 信 息 。 输 入 eigon问题的 注释 1. 缺省 选择 Notes。 创 建本征模 项目 2-4 2. 单 击 Notes选项 ， 指 针 出 现 ， 提 示你 现 在 可以输 入 内 容 。 注意： Model选项 将在 Notes中 显示 一 幅 图 。 但 现 在你
13、 正 在 创 建 故 不 能 显示 出 来 。 当 你 创 建 好 eigon后， 选中 eigon项目 ， 在这 个 区域将 会 自动显示 出 它 的 几何图 形 。 3. 输 入 这 个 项目 的 注释 ， 如下所示 ： This sample eigenmode problem was created using Ansoft HFSS and the HFSS Getting Started guide. 当 你 开 始 输 入项目 注释 时， Save Notes键 （ 位 于 Notes块底 下） 开 始 可 执 行 。 在你 开 始 在 Notes块 中 输 入之前 ， Save
14、 Notes是 灰 的，或者 说 不 可 执 行 。 4. 当 你 输 入完 注释 后， 选择 Save Notes存储它 。 之 后， Save Notes选项 又重 新变 灰 。 注意： 命令或 按键 的 内 容 变 灰说 明 这 个 指 令或 按键 暂 时 不 能执 行 。 现 在你 可以 打 开 新项目 并 运行 Ansoft HFSS。 运行 ANSOFT HFSS 3-1 3 运行 Ansoft HFSS Run Ansoft HFSS 在上 一 章中 ， 创 建 了 目录 getstart， 并且 在这 个 目录 下 创 建 了 项目 eigen。 这 章 描述 了 以 下内 容
15、 ： l 怎 样 打 开 刚 创 建的 项目 以 及 如何运行 Ansoft HFSS。 l Ansoft HFSS执 行 命令 窗 口。 l 在 Ansoft HFSS下 创 建本征模问题的一 般 步骤 。 l 例 子 以 及 计算场解的 步骤 。 时间： 完 成这 一 章 的 总 时 间 将 近 10分 钟 。 打开新项目并运行模拟器 新 建 项目 eigen仍 需 在 Project模 块 中选 定 。（如 果 不这样 ， 将指 针 指 向 它 并 单 击左键 。） 运行 Ansoft HFSS： l 从 Project块 中选择 Open. 出 现执 行 命令 窗 口， 如下图所示 ：
16、 执行命令窗口概观 执 行 命令 窗 口是 创 建和 求 解模 型 问题每一 步 的 入 门 。每一个模 块 的 选择 都 是 通过 执 行 命令 窗 口， 并且 每一 步 结 束 后，软件 又把 你 领回 这 个 窗 口。 而 且观察 解的 过程 也 是 通过 这 个 窗 口。 执 行 命令 窗 口分 为 两 部 分：命令 区 和 显 3-2 运行 ANSOFT HFSS 示区 。 命令区 命令 区 ， 位 于 屏幕 的 左 边，包括确 定 正 在求 解问题的 类 型 的 菜 单 以 及调 用 需 要 创 建和 求 解的 各种各 样 的模 块 的 菜 单 。 在 “ 画 图 和 求 解的一
17、半 步骤” 这 一 部 分，每一个命令 函 数 都 作 出 了 解 释 。 显示区 显示区显示了 项目 的 几何 模 型 。 因 为你 还 没 有 创 建模 型 的 几何 形 状 ， 因 此 这 个 区域 是 空 的。 窗 口 自上 而 下 按键 的 作 用 如下 ： Model 显示 三维 结构的 几何 模 型 。 Zoom In, Zoom Out, Fit All, Visibility和 Render按键 只 有 当 Model选 定 时 才 可 执 行 。 Matrix 看 到 计算出的每一个 自 适 应解的 S参数，阻抗和传 播 常数的 矩阵 形式 。 Convergence 显示
18、 收敛 信 息 。 Profile 显示求 解 过程 中 使用的计算模 型 。 沿 窗 口 底部 的 按键 允许 改 变 模 型 的 视 图 。具体 作 用 如下 ： Zoom In 接 近物体， 扩展 模 型 的 视 图 。 Zoom Out 远 离 物体， 缩 小 模 型 的 视 图 。 Fit All 在 视 图 窗 口 中 显示合 适 的 整 个模 型 。 Visibility 在 视 图 窗 口 中 显示 模 型 的一 部 分。 Render 显示 模 型为 线 框 ， 平 直 渐 变 或 平 滑渐 变 。 这 个 区域 还 显示了 问题 求 解 过程 中 解的 实 物 轮廓 和 收
19、敛 信 息 ， 正 如 第 6 章“ 生 成 解 ” 所 述 。 画图和求解的一般步骤 通过 这 个一 般 步骤 可以 定 义 和 求 解具体问题： 1. 选择 软件。 你 可以 选择 Driven Solution软件， 也 可以 选择 Eigenmode solution软件。 2. 使用 Draw命令， 访 问 三维 模 型 ， 并 画出具体 几何 形 状 的物体。 3. 使用 Setup Materials命令 来设置 每一个 三维 物体 几何 模 型 的 材料 特 性 。 4. 使用 Setup Boundaries/Sources命令 来设置 源和边界。 5. 使用 setup S
20、olution命令 来 具体 说 明问题的解是 如何 进 行 计算的。 对于 本 征模 来 说 ， 也就 是： l 确 定 开 始 寻 找 本征模的 最小频率 和 要 发 现 的本征模的个数。 l 确 定求 解的标 准 ， 例如 ， 途径 的个数， 四 面体 所 占 的 百 分 比 等等 。 l 选择 求 解 中 使用 哪 一 种 有限单元网 格 。 6 使用 Solve命令 来 求 解 与 本征模问题 有 关 的场 域 。 7 使用 Matrix（ Eigen Modes为求 解本征模问题 ）， Convergence，和 Profile 按键来 浏览 下 列 信 息 ： l 每一个 自 适
21、 应解 中 的计算参数。 l 两 个 自 适 应解 之 间 的参数 区别 。 l CPU使用， 内 存 尺 寸 等 的统计。 运行 ANSOFT HFSS 3-3 8 从 Post Process菜 单 中选择 下 列 后处理 中 的一个： Fields 访 问 三维 后处理， 你 可以 显示图 形 的 轮廓 ， 色彩浓淡 ， 矢 量 ， 对 应 于 距离 的值，以 及 生 动 的场 图 。 Matrix Data 访 问 Matrix Data Post Processor， 你 可以 看 到在 每一个 自 适 应解 中 计算 S参数的 矩阵 、 阻抗 、 和传 播 常数。 在 本征 模问题
22、 中 不 涉 及 这 一 项 。 Matrix Plot 访 问 Matrix Plot Post Processor， 你 可以画出 许多 对 应 于 时 间 和 频率 的参数 图 。 在 本征模问题 中 不 涉 及 这 一 项 。 这 些 命令 必 须按 他 们 出 现 的 顺序 选择 。 例如 ， 你必 须 用 Draw先创 建 几 何 模 型 ， 然 后 才 能 用 Setup Materials设置 物体的 材料 特 性 。每一 步完 成 后， 系统 都 会 在 其 后画个 对 号 。 画 几何 模 型 4-1 4 画几何模型 Drawing the Geometric Model
23、这 一 章 告诉 你如何 创 建一个 如 前 所 述 的本征模问题的 几何 模 型 。 目 标 如 下 ： l 定 义 问题 区域 。 l 创 建构 成 本征模 型 的物体。 l 存储 模 型 于 一 组 磁 盘 文 件 中 。 现 在 已经 准备 好 开 始 使用模拟器 了 。 执 行 命令 窗 口 仍 停 留 在 屏幕 上 。 时间： 完 成这 章大约需 要 10分 钟 时 间 。 选择软件 对于 这 个问题， 选择 本征模软件。 选择 软件： l 从 软件 菜 单 里选择 Eigenmode Solution。（最 初 ， Driven Solution显示为 可 选项 。） 菜 单 名
24、 称 的 改 变 是 为了显示 当 前 的可 选项 。 激励解 选择 Driven Solution 是 为了 使用基 于 软件的 有限元 去 求 解 由 源 激励 的 机 构。 Ansoft HFSS计算 了 无 源 高 频 结构的 S参数， 如 微带 线 、 传输 线 。软 件包括后处理命令 , 这 个命令是用 于 具体分析结构的电磁场特 性 。 使用 Driven Solution，可以计算： l 基本的电磁场 量 ， 对于 开 放 边界 而 言，还可以计算辐射近场和远场。 l 特 性 端口阻抗和传 播 常数。 l 一 般 S参数和相 对于 具体端口阻抗归一化的 S参数。 本征模解 选择
25、 Eigenmode Solution用 于 计算 某 一结构的本征模或谐振。本征模解 可以 找 出结构的谐振 频率 以 及 谐振 点 的场值。 Ansoft HFSS本征模软件可以 求 出 无 耗 和 有耗 结构的本征模，可以计算出 腔 的 无 载 Q值。 Q是一个 性 能 参 数，是 反映 系统 能量 损耗 的 尺 度 。 无 载 Q是 由 于 有耗材料 引 起 的。 因 为 端口 和源 均被限 制 为 本征模问题， 因 此 Q的计算 不 包括 由 源引 起 的 损耗 。 下 列 限 制 适 用 于 本征值 求 解： l 发 射 无 需 计算。 l 下 列 边界 条 件可以 不作定 义 ：
26、 端口 入 射 波 电 压降 电 流 磁 偏 置 4-2 画 几何 模 型 辐射 l 快速扫 频 和具体 扫 频 是 不 可 见 的。 l Matrix Data和 Matrix Plot是 不 可 见 的， 并且 执 行 窗 口 中 的 Matrix变 为 Eigen Modes。 开始三维建模 为了 画 几何 模 型 ， 要 使用 三维 建模， 它 是 创 建物体的 Ansoft HFSS端口。 当 你 开 始 三维 建模时， 四 个 很清楚 的 窗 口 称 为 视 窗 出 现 了 ， 他 们 中 的 三 个 显示 的是 你 正 在 创 建模 型 的 二维视 图 ， 而 第 四 个 显示
27、的是一个 完 全 的 三维视 图 。每一个 窗 口 中 的 点显示 的是模 型所 处的 位 置 ； 这 些 点在 活 动 窗 口 中 是 闪烁 的。 想 在 窗 口 中 画的 话 ， 必 须先 在这 个 窗 口 中 激活 它 。 通过 将指 针 移 近 窗 口， 观看 指 针 旁 边的 字 母 ， 你 就 可以分 辨 出 窗 口使用的是 那 一个 坐 标 系统。 开 始 三维 建模 1. 在 执 行 命令 菜 单上 部 选择 Draw。 三维 模拟 窗 口出 现 。当软件 打 开 三维 建模 窗 口时， 你 可 能会 被 告知 开 始 记 录 你所 需 的 任 何 宏 观 尺 寸 。（你 可
28、以 通过 使用 Option/project preferences命令 来设置 剩余 项 和 其他 特征的 性 能 。） 2. 择 OK忽略此 信 息 。 接 着 ， 你将被 提 示 选择 你 想 使用的 长度 单 位 ： 3. 从 Select unites旁 的 菜 单 中 ， 选择 cm。 4. 选择 OK， 则 厘 米 为 该问题的 单 位 。 选择 的 单 位 显示在 Absolute/relative 坐 标 菜 单 中 。 三维 建模 窗 口可以分 为几 部 分， 如下图所示 ： 注意： 如 果 你 想 进 一 步 了 解 Ansoft HFSS中 的 任 一 方 面， 比 如
29、 三维 建模命令或者 窗 口， 这 里 有显示 相 关 帮助 的 几 个 选项 ： l 在 窗 口 中选择 Help。 l 按 F1键 ，可以 看 出 指 针 变 为 ？ ， 在你 需 要 帮助 的 选项 上单 击鼠 标。 l 使用 Help菜 单 中 的命令。 画 几何 模 型 4-3 视 窗 （显示了不 同 的 透 视 图） 侧窗口 三维 建模的 左 区域（ 或者 右 区域 ， 决 定 于 你 的 喜 好设置 ）被 称 为 侧 窗 口。 在 侧 窗 口 里 ， 你 可以 改 变 坐 标或者 设置 物体模 型 的 突 变来 代替默认 值。 这 个 窗 口 也 是 许多 特 殊 命令 显示 的
30、 地 方 。 使用 这 个 菜 单 来选择 使用 坐 标的 类 型 。 你 可以 从 绝 对 坐 标系统或者相 对 坐 标系统 来选择 。 被 选 的 坐 标 系统 作为 菜 单 名 称 出 现 。 通过 这 个 区域 可以输 入 x-,y-,z-和 半径 ， 距离 ，或 者 角 度 的值。 为了 使 坐 标 区域 生 效 ， 对 号必 须选择 。 通过 坐 标 区域 可以输 入 各种 要求 的 坐 标。 使用 这 些 对 号 框 可以 在你 选择 物体或者物体 某 一 部 分 （最 高 点 ， 线 ，面 等等 ） 的时 候 ， 选择 你 想 采 用 的 “ snap-to”类 型 。当 你
31、选择 other框 时，出 现 一个 窗 口， 你 可以 从多 种 snap-to选项中来选 。 通过 坐 标 区下 面的 空 白 区 ， 你 可以输 入 许多要求 的 信 息 。 在这 里 ， 你 可以输 入 你所 选择 命令的具体 信 息 。 Snaps Grid和 Vertex snap-to设置已经设置 为 默认 并 已 被 激活 。 你不 需 要指定 这 个问题的 设置 。 为 选择 snap-to行为 ， 需 要 ： 1. 从 snap-to按键中选择 Other。 坐 标 区域下 出 现 一个 窗 口。 4-4 画 几何 模 型 2. 选择 你要 的 Edge Snap类 型 。
32、 你 可以 从下 列中选择 ： Grid inters. 允许你在网 格 与 轴 的交界 点 设置 突 变 。 Edge center 允许你在 边界的 中 心 点 设置 突 变 。 Arc center 允许你在 弧 形 中 心 设置 突 变 。 3. 选择 你要 的 Face Snap类 型 。 你 可以 从下 列中选择 ： Axis inters 允许你在 轴 与 物体的交界 点 设置 面 突 变 。 Face center 允许你在 物体的面 中 心 设置 突 变 。 4. 选择 OK来 接 受 snap-to行为 。 定义画图区域 包 含 模 型 的 区域被 称 为 画 图区域 ；
33、四 个 视 图 窗 口使 你 可以 观察 到这 个 区 域 的 不 同透 视 图 ， 这 些 在最 初 除 了 坐 标 轴 ， 都 是 空 的。 注意 ： 因 为 窗 口可以 被 用 户 化， 所 以可 能会 出 现 不 同 于 这 本 指 南 上所显示 的。 例如 ， 如 果 有 人 在你 之前已经 使用 过 三维 建模， 也 许 他 们 已经 改 变 了工 具 栏 中 的 默 认 位 置 。 如 果 出 现 这 种 情况 的 话 ， 不要 担心 ，使用 程 序 中 出 现 的 窗 口 就 可以 了 。当 你 的 项目需 要 默认 时， 这 本 指 南会提 醒 你 。 为了 创 建模 型 ，
34、 你必 须 激活 在 其 中创 建的 窗 口。 激活 你将要 画模 型 的 窗 口： l 单 击左 下角 (yz)的 窗 口。 指 针 将 会 标 记 出当 前它 所 处的 窗 口 坐 标系统。 在 这 个 窗 口 里 ，开 始 画 你 的模 型 。 绝对和相对坐标 在这 本 书 中 ， 你将在 绝 对 坐 标 下 操 作 。 如 果设置 的是相 对 坐 标，相 对 坐 标 从你定 义 的 原 点 测 量 ， 这 个 原 点 可以 改 变 。 如 果设置 的是 绝 对 坐 标， 坐 标 系统 从 系统 定 义 的 原 点 测 量 。 检 查 位 于 窗 口 上方 的 Absolute/Reli
35、tive坐 标 菜 单 。 l 如 果没 有 选择 绝 对 坐 标， 那么 从 侧 窗 口 中 的 Rel.cm菜 单 里选择 Absolute. 网格 三维 模拟器使用 网 格 设置 是 为了在你 画 图 时 提 供 一个可 视 向导 。 这 里没 有 与 网 格 点 相 关 的特 殊 类 型 。 然 而 ， 你 可以 设置 网 格 ，使 得 每一个 网 格 点 可 以 在 给 定单元 中 显示 。 缺省 设置 保持 网 格 点 间 相 距 30个 象素 ， 不 管 你 放 大 或 缩 小 ， 而且 每一个 网 格 点 的开 始 都 出 现 在 20cm。 现 在 已经 准备 好 开 始 画
36、具 有几何 形 状 的物体 了 。 创建几何模型 本征值问题的 几何 模 型 问题包括一个 单 一物体： 圆柱 体， 它 代 表一个 圆 柱腔 。 针 对 这 个问题，画一个 半径 和 高 均为 10cm的 圆柱 体。 画 几何 模 型 4-5 画 圆柱 体： 1 选择 Solids/cylinder来创 建 圆柱 体。出 现 了 输 入 基本 中 心 和 选择 在 侧 窗 显示 的 圆柱 体的 轴 的 控制 界面。 2 将 X和 Y设置 为 零 。 如 果它 们 设置 不为 零 ， 那么 在 X和 Y框 中 输 入 零 。 3 激活 Z框 并 输 入 -5。 4 假 如不行 ， 设置 Cyl
37、inder Axis为 z轴 。 5 选择 Enter来设置中 心 和 圆柱 体的 轴 。 三维 模拟器 接 受 到 设置 ， 就会 在 侧 窗 出 现 输 入 圆柱 体的 信 息 。 6 在 Radius & Height下 的 Radius框 输 入 10。 7 在 Radius & Height下 的 Height框 输 入 10。 8 留 下 Num segments可 选 。 你 可以使用 线 段（小平 面 ） 来 近 似 圆柱 体的 形 状 。 否则 的 话 ， 它 将作为 一个 真 实 表面 来 处理。 9 在 节数 中 输 入 18。 10 在 Name中 输 入 pillbo
38、x。 11 单 击 Color旁 的 颜 色 盒 ， 从 出 现 的 调 色 板中选择 红 色 。 12 选择 Enter。 圆柱 体出 现 在 各 个 窗 口 ； 但 是， 太 小 ， 看 不 清楚 。 13 按 f键 ， 它 是 View/Fit all/All Views的 热 键 。 视 图 发 生 变 化，使 得 圆柱 体 看得更 清楚 。 画出的 几何图 形 如下图所示 ： 4-6 画 几何 模 型 退出三维模拟器 现 在你 已经完 成了 模 型 的 绘 制 。 退 出 三维 模拟器： l 选择 File/Exit。出 现 一个 窗 口， 提 示你 存储 几何 模 型 并 核 查
39、模 型 。 l 选择 Yes。出 现 一个 进 程 条 显示 当系统 在 核 查 模 型 中 不 存 在 重 叠 物体时， 系统的 进 程 。 现 在 返回 到 执 行 命令 窗 口， 准备 设置 材料 和 定 义 边界。 设置 问题模 型 5-1 5 设置问题模型 Setting Up the Problem 你 已经创 建 好 了 本征模问题的 几何图 形 ， 现 在 就 开 始 定 义 材料 性 能 了 。 本 章目 标 如下 ： 设置 圆柱 体的 材料 特 性 。 设置 pillbox外 为有限 导 电 率 边界， 目 的是 作为了 模拟 有耗腔 。 现 在 准备 好设置 问题。 时间
40、： 完 成这 章大约需 要 5分 钟 时 间 。 设置材料： 为了 彻 底 设置 本征模问题， 必 须对 几何 模 型 中 的每一个 三维 物体 都 要 进 行 材料 设置 。 打开材料管理器 启 动材料 管 理器： l 选择 Setup Materianls， 则 出 现 如下图所示 的 Material Setup窗 口。 在这 种 pillbox情况 下 ， 所有 的物体 都 列 在 Object盒 中 ， 配 有 软件的 材料 库 中 的 材料 列 在 Material盒 中 。 材料 的特征 列 在 Material Attributes下 。 设置 pillbox为真空 把 pil
41、lbox设置 为 真 空 特 性 。 设置 pillbox为 真 空 ： 1. 在 Object列 表 中选择 pillbox。物体 变 亮 表明 它 被 选中 。 5-2 设置 问题模 型 2. 使用 滚 动 条 在 Material列 表 中选择 Vacuum。 3. 选择 Assign。 pillbox被 设置 材料 ， 接 着它 的 名字 将 出 现 在 Object列 表 中 的 Material下 。 注 意 当 你 设置 材料 时， Solve Inside（在 Object列 单 中 显示为 SlvIn）被 设 置 为 Yes。 这 表明， Ansoft HFSS将在 物体 内
42、 部 划 分 网 格 并且 将 通过 网 格 来 求 出 解。 缺省 情况 下 ， 凡 是 导 电 率小 于 6 10 西 门 子 每 米 的物体， SlvIn将自动 设置 为 Yes。 退出设置材料 退 出 材料 管 理器： 1. 选择 Exit。 你将被 提 示 存储 材料 设置 。 2. 选择 Yes。 材料 设置 信 息 被 存储 。 你将 返回 执 行 命令 窗 口，可以 看 到 ， Setup Materials旁 出 现 一个 对 号 ，表 明 所有 的物体 都 已经 被成 功 的 设置 了材料 特 性 。 设置 边界 定 义 完 材料 属 性 后， 必 须 说 明边界 条 件。
43、 因 为 此 圆柱腔 周围 是 有耗 导 体， 软件 中 缺省 的边界 定 义 （ 默认 值 ） 的是 暴露 于 背景 物体的一 部 分， 我 们 要 改 变 边界以模拟 有耗 的 材料 ， 例如 铜 。 注意 :根 据 缺省 定 义 ， 背景 上 的 任 何 物体的边界 都 被定 义 为 理 想 电 壁 。 因 为 边界以 被 自动 赋 值， 当 你 分 配 好 材料 后， 在 Setup Boundaries/Sources后面 就会 有 个 对 勾 。 打开三维 边界 管理器 打 开 三维 边界 管 理器 : l 选择 Setup Boundaries/Sources， 就会 出 现 3
44、D Boundary/Source Manager 窗 口： 设置 问题模 型 5-3 定义有限 导体边界 有限 导 体边界用 于 描述 非 理 想导 体。电场 在 非 理 想导 体表面 上有 切 向 分 量 ， 模拟 了 表面 有耗 的 情况 。 损耗 的 大 小 等 于 流 入 表面的 * H E 。 任 何 物体的 非 理 想导 体表面 都 会 被自动定 义 为有限 导 体边界。 注 意 到 系统 并 不 需 要 计算物体 内 部 的场， 有限 导 体 就 可以近 似 表 示 物体表面场的 性 质。 注意： 只 有 当 导 体是 良 导 体， 即 通 常电 导 率 大于 5 10西 门
45、子 /米 时， 才 能 应用 有限 导 体 界 条 件。 定 义 表面 pillbox为有限 导 体： 1. 在 Graphical Pick里 ， 选择 Object。 这样你 就 可以 选择 整 个物体的表面， 而 不必 分 别 选 每个界面。 2. 点 击 pillbox来选中它 。 3. 选择 靠 近 Boundary的 按 钮 确 定 物体的 状 态 类 型 。 4. 在 边界 类 型 菜 单 中选择 Finite conductivity，可以 看 到 Conductivity 和 Permeability。 5. 电 导 率 默认 为 58000000，磁 导 率 默认 为 1。
46、 这 种 情况 等 同 于 腔 壁 为 铜 。 6. 边界的 名字 为 默认 值。 7. 选择 Assign。 在 边界表 列 总 会 出 现新 边界 bound1。 退出 Boundaries/Sources 退 出 Boundary Manager： 1. 从 菜 单 栏 里选择 File/Exit。系统 会提 示你 保 存 边界 设置 。 2. 选择 Yes。边界 设置就 保 存好 了 。 现 在 返回 了 执 行 窗 口， 在 Setup Boundaries/Sources后 会 出 现对 勾 ，表明 所 有 的物体边界 都 已经设置好 了 。 生 成 解 6-1 6 生成解 Gen
47、erating A Solution 既 然 已经 画 好 了几何图 形 ，建立 了 模 型 ， 就 要 开 始 求 解 了 。 本 章 的 目 标 如下 ： l 设置 计算 中需 要 用 到 的 求 解参数。 l 求 解。 l 参 看 收敛 和本征模 型信 息 。 时间 ： 这 个问题 在 奔腾 PC机 ， 内 存 128兆 ， 大 概 需 要 12分 钟 。具体 求 解时 间 要 根 据 你所 使用的计算 机 资 源 来 确 定 。 指 定解的选项 在你 产生本征模问题的解 之前 ， 需 要 详 细 说 明解的参数。 这 决 定了 软件 如 何 计算 得 出 要求 的解。 本征模问题 需
48、要 说 明以 下求 解标 准 ： l 从最小频率 0.6484422796GHz开 始 计算出 5个谐振 频率 。 最小频率 值 由 软件 根 据 几 何 结构 自动 计算。 l 进 行 8次 迭代 。 l 从 此 次 迭代 到下 次 迭代 之 间 最 大 的 频率 变 化， 不 大于 0.1%。 设置 本征模问题的解的标 准 ： 1. 选择 Setup Solution。出 现 HFSS Solution Setup窗 口： 2. 保 留 Minimum Frequency默认 值 0.6484422796。 这 是 求 解本征模的 起 始 频率 ， 求 解器 会 求 出使用者 所 需 要 的 高 于 Minimum Frequency的谐振 频率 的模 式 。 6-2 生 成 解 警告 ： 因 为 Minimum Frequency用 于 使 某 些矩阵 正 常化， 如 果 频率 太低 ， 求 解器 会 终 止 解一个近 似 的 奇异 矩阵 ， 这样 就会 影 响 计算的 精 度 。一 般 来 说 ，当 输 入 的 最小 频率 比 建 议 的或 缺省 的 最小频率 值的 1%小 时 会 出 现 这 种 情 况 。 3. 在 Maximum Number of Eigenmodes 输 入 5。 这 是 求 解器 要求 出的 高 于 Minimum
