HFSS射频仿真设计实例大全 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

HFSS射频仿真设计实例大全
基础篇
第2章 HFSS建模操作
第3章 网格划分设置
第4章 变量设置与调谐优化
第5章 仿真结果输出
第6章 HFSS与其他软件的联合
实例篇
第8章 Ku波段微带发夹线滤波器仿真
第9章 介质滤波器
第10章 腔体滤波器的设计与仿真
第11章 微带一分四功分器的设计与仿真
第12章 微带定向耦合器设计与仿真
第13章 宽带非对称多节定向耦合器设计
第14章 侧馈/同轴馈电矩形微带天线设计
第15章 微带八木天线设计与仿真
第16章 GPS北斗双模微带天线设计与仿真
第17章 DRO谐振器设计与仿真
第18章 SMA头端接50欧微带线仿真
第19章 键合线与PCB互连匹配电路设计
第20章 LTCC无源器件的设计与仿真
第21章 频率选择表面仿真
反侵权盗版声明
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 ............

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