HFSS 電磁模擬設計從入門到精通

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HFSS 電磁模擬設計從入門到精通

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內容描述

《HFSS電磁模擬設計從入門到精通》是一本註重工程實踐的HFSS電磁模擬設計教程，全書共17章，分上下兩篇，上篇全面介紹了HFSS的設計流程、各種設計功能和具體操作方法。下篇主要通過實際工程設計實例，講解HFSS在微波器件設計、天線設計、天線陣分析設計、高速數字信號完整性分析、諧振腔分析設計和SAR計算、雷達散射截面分析、時域瞬態求解器和HFSS-IE求解器的工程應用等方面的具體應用。
　　《HFSS電磁模擬設計從入門到精通》體系完整、可讀性和工程應用性強，適合Ansoft HFSS初學者學習參考和具有一定HFSS使用基礎的讀者學習提高，也可供高等院校、研究院所、公司企業等從事微波射頻與電子通信領域的工程技術人員參閱。

目錄大綱

目　錄
 
上篇　基礎篇
 
第 1章　HFSS概述　2
1.1　HFSS簡介　2
1.2　啟動HFSS　4
1.3　HFSS工程的通用設置　5
1.3.1　設置工程文件的默認路徑　5
1.3.2　新建設計文件設置　5
1.4　HFSS設計流程　6
 
第 2章　入門實例——T形波導的內場分析和優化設計　7
2.1　設計概述　7
2.2　T形波導內場分析　8
2.2.1　新建工程設置　8
2.2.2　創建T形波導模型　8
2.2.3　分析求解設置　16
2.2.4　運行模擬分析　18
2.2.5　查看分析計算結果　19
2.2.6　保存設計並退出HFSS　21
2.3　T形波導的優化分析　21
2.3.1　新建一個優化設計工程　21
2.3.2　參數掃描分析設置和模擬分析　21
2.3.3　查看參數掃描分析結果　24
2.3.4　優化設計　25
2.3.5　查看優化結果　27
2.3.6　保存並退出HFSS　28
 
第3章　HFSS工作界面　29
3.1　HFSS工作界面　29
3.1.1　主菜單欄　30
3.1.2　工具欄　38
3.1.3　工程管理窗口　39
3.1.4　屬性窗口　39
3.1.5　三維模型窗口　39
3.1.6　信息管理窗口　40
3.1.7　進程窗口　40
3.1.8　狀態欄　41
3.2　柵格顯示和柵格平面　41
3.3　顯示坐標系　41
3.4　本章小結　42
 
第4章　HFSS中的建模操作　43
4.1　創建長方體模型　43
4.1.1　創建長方體模型的操作步驟　44
4.1.2　物體屬性對話框的詳細解釋　46
4.2　HFSS中的基本模型及其創建　47
4.2.1　鼠標光標的移動模式　47
4.2.2　捕捉模式(Snap Mode)　47
4.2.3　物體的基本模型　48
4.3　物體的材料屬性　51
4.3.1　編輯物體材料庫　52
4.3.2　設置物體模型的材料　53
4.4　改變視圖　54
4.4.1　改變視圖的操作命令　54
4.4.2　顯示和隱藏物體模型　56
4.5　選擇模式與操作　56
4.5.1　選擇模式　56
4.5.2　選擇操作　57
4.5.3　多重選擇　58
4.6　物體模型的幾何變換　58
4.7　物體模型的布爾運算操作　61
4.8　HFSS中的坐標系　64
4.8.1　相對坐標系　65
4.8.2　面坐標系　66
4.9　建模相關選項的設置　67
4.10　本章小結　68
 
第5章　邊界條件和激勵　69
5.1　概述　69
5.2　邊界條件的類型和設置　70
5.2.1　理想導體邊界條件　70
5.2.2　理想磁邊界條件　71
5.2.3　有限導體邊界條件　72
5.2.4　輻射邊界條件　73
5.2.5　對稱邊界條件　75
5.2.6　阻抗邊界條件　77
5.2.7　集總RLC邊界條件　78
5.2.8　分層阻抗邊界條件　79
5.2.9　無限地平面邊界條件　80
5.2.10　主從邊界條件　80
5.2.11　理想匹配層　83
5.3　激勵的類型和設置　83
5.3.1　波埠激勵　83
5.3.2　波埠激勵的設置步驟　86
5.3.3　集總埠激勵　90
5.3.4　Floquet埠激勵　93
5.3.5　入射波激勵　94
5.3.6　電壓源激勵　94
5.3.7　電流源激勵　95
5.3.8　磁偏置激勵　95
5.4　本章小結　95
 
第6章　HFSS求解器和求解分析設置　96
6.1　求解器和求解類型　96
6.1.1　HFSS求解器　97
6.1.2　HFSS-IE求解器　98
6.2　自適應網格剖分　99
6.2.1　收斂標準　99
6.2.2　收斂精度　100
6.2.3　自適應網格剖分頻率的選擇　100
6.3　求解設置　101
6.3.1　添加和定義求解設置　101
6.3.2　修改和刪除已添加的求解設置　105
6.4　掃頻分析　105
6.4.1　掃頻類型　106
6.4.2　添加和定義掃頻設置　107
6.4.3　修改和刪除已添加的掃頻項　110
6.5　設計檢查和運行模擬分析　110
6.5.1　設計檢查　110
6.5.2　運行模擬分析　111
6.6　本章小結　111
 
第7章　HFSS中的變量和Optimetrics　112
7.1　變量　112
7.1.1　變量類型　112
7.1.2　變量定義　113
7.1.3　添加、刪除和使用變量　114
7.2　Optimetrics模塊　117
7.3　參數掃描分析　117
7.4　優化設計　119
7.4.1　初始設計　119
7.4.2　定義優化變量　119
7.4.3　構造目標函數　120
7.4.4　優化算法　121
7.5　調諧分析　124
7.6　靈敏度分析　124
7.7　統計分析　124
7.8　Optimetrics應用實例　125
7.8.1　定義變量　126
7.8.2　參數掃描分析舉例　128
7.8.3　優化設計舉例　131
7.8.4　調諧分析舉例　135
7.8.5　靈敏度分析舉例　136
7.8.6　統計分析舉例　139
7.9　本章小結　142
 
第8章　HFSS的數據後處理　143
8.1　求解信息數據　143
8.2　數值結果　145
8.2.1　數值結果的顯示方式　145
8.2.2　數值結果的類型　146
8.2.3　輸出變量　147
8.2.4　查看數值結果的操作步驟　148
8.2.5　編輯圖形顯示結果報告　150
8.3　場分佈圖　151
8.3.1　繪制場分佈圖的操作步驟　153
8.3.2　場分佈的動態顯示　154
8.4　天線輻射問題的後處理　155
8.4.1　定義遠區場輻射錶面　156
8.4.2　天線方向圖　157
8.4.3　天線參數　159
8.4.4　HFSS中天線陣的處理　162
8.5　本章小結　166
 
下篇　實踐篇
 
第9章　HFSS環形定向耦合器設計實例　168
9.1　環形定向耦合器簡介　168
9.2　使用HFSS設計環形定向耦合器概述　169
9.2.1　耦合器的理論計算　169
9.2.2　HFSS設計簡介　170
9.2.3　HFSS設計環境概述　170
9.3　新建HFSS工程　170
9.4　創建環形定向耦合器模型　171
9.4.1　設置默認的長度單位　171
9.4.2　建模相關選項設置　171
9.4.3　定義變量length　172
9.4.4　添加新材料　173
9.4.5　創建帶狀線介質層模型　174
9.4.6　創建帶狀線金屬層模型　176
9.5　分配邊界條件和激勵　180
9.6　求解設置　183
9.6.1　求解設置　183
9.6.2　掃頻設置　183
9.7　設計檢查和運行模擬分析　184
9.7.1　設計檢查　184
9.7.2　運行模擬分析　184
9.8　查看模擬分析結果　185
9.8.1　查看S參數掃頻結果　185
9.8.2　查看4GHz頻點的S矩陣　186
9.9　結果討論　187
9.9.1　重新模擬驗證S矩陣結果　187
9.9.2　使用埠平移功能驗證S矩陣結果　188
9.10　本章小結　190
 
第 10章　HFSS微帶天線設計實例　191
10.1　微帶天線簡介　191
10.1.1　微帶天線結構　192
10.1.2　微帶天線的輻射機理　192
10.1.3　微帶天線的饋電　192
10.1.4　矩形微帶天線的特性參數　193
10.2　設計指標和天線幾何結構參數計算　195
10.3　HFSS設計和建模概述　195
10.3.1　微帶天線建模概述　196
10.3.2　HFSS設計環境概述　197
10.4　新建HFSS工程　197
10.5　創建微帶天線模型　198
10.5.1　設置默認的長度單位　198
10.5.2　建模相關選項設置　198
10.5.3　添加和定義設計變量　198
10.5.4　創建介質基片　199
10.5.5　創建輻射貼片　201
10.5.6　創建參考地　202
10.5.7　創建同軸饋線的內芯　203
10.5.8　創建信號傳輸埠面　203
10.6　設置邊界條件和激勵　205
10.6.1　設置邊界條件　205
10.6.2　設置埠激勵　207
10.7　求解設置　208
10.7.1　求解頻率和網格剖分設置　208
10.7.2　掃頻設置　208
10.8　設計檢查和運行模擬分析　209
10.8.1　設計檢查　209
10.8.2　運行模擬分析　209
10.9　查看天線回波損耗　210
10.10　參數掃描分析　211
10.10.1　分析諧振頻率隨輻射貼片長度L0的變化關系　211
10.10.2　分析諧振頻率隨輻射貼片寬度W0的變化關系　212
10.10.3　輸入阻抗和同軸線饋電點位置的變化關系　214
10.11　優化設計　216
10.11.1　設置優化變量　217
10.11.2　添加優化設計　217
10.11.3　運行優化設計查看優化結果　219
10.12　查看優化後的天線性能　219
10.12.1　重新運行模擬分析　220
10.12.2　查看天線性能　220
10.13　本章小結　225
 
第 11章　HFSS陣列天線分析　226
11.1　HFSS設計概述　226
11.1.1　陣元模型　227
11.1.2　HFSS設計環境概述　228
11.2　新建工程　228
11.3　創建陣元模型　228
11.3.1　設置默認的長度單位　228
11.3.2　建模相關選項設置　229
11.3.3　創建波導陣元　229
11.3.4　創建陣元外的自由空間模型　231
11.4　分配邊界條件和激勵　232
11.4.1　設置CellBox左右兩側錶面為一對主從邊界條件　232
11.4.2　設置CellBox前後錶面為一對主從邊界條件　235
11.4.3　為陣元波導底面分配波埠激勵　236
11.4.4　為CellBox上錶面分配Floquet埠激勵　236
11.5　求解設置　239
11.6　設計檢查和運行模擬分析　239
11.6.1　設計檢查　239
11.6.2　運行模擬分析　240
11.7　查看模擬分析結果　240
11.7.1　定義輻射錶面　241
11.7.2　查看天線陣元場強方向圖　242
11.7.3　查看天線陣列的場強方向圖　244
11.8　本章小結　246
 
第 12章　HFSS差分信號分析實例　247
12.1　HFSS設計概述　247
12.1.1　HFSS求解類型和建模簡述　248
12.1.2　求解頻率和掃頻設置　249
12.1.3　HFSS設計環境概述　249
12.2　新建工程　249
12.3　創建帶狀線差分對模型　250
12.3.1　設置默認的長度單位　250
12.3.2　建模相關選項設置　250
12.3.3　創建差分信號線模型　250
12.3.4　創建FR4介質層　253
12.3.5　添加和使用變量　255
12.4　分配埠激勵　256
12.4.1　創建波埠激勵錶面　256
12.4.2　分配波埠激勵和差分信號對　258
12.4.3　設置差分信號線　258
12.4.4　埠平移　259
12.5　求解設置　260
12.5.1　求解頻率設置　260
12.5.2　掃頻設置　260
12.6　設計檢查和運行模擬分析　261
12.6.1　設計檢查　261
12.6.2　運行模擬分析　262
12.7　數據後處理　262
12.7.1　差模信號的S參數掃頻分析結果　262
12.7.2　共模信號的S參數掃頻分析結果　263
12.7.3　埠的差模阻抗和共模阻抗　264
12.7.4　埠處差模信號和共模信號的電場分佈　264
12.8　本章小結　266
 
第 13章　HFSS諧振腔體分析實例　267
13.1　圓柱形腔體諧振器簡介　267
13.2　HFSS設計概述　269
13.2.1　HFSS建模和求解簡介　269
13.2.2　HFSS設計環境概述　270
13.3　新建工程　270
13.4　創建圓形諧振腔模型　271
13.4.1　設置默認的長度單位　271
13.4.2　建模相關選項設置　271
13.4.3　創建圓形諧振腔體模型　271
13.5　邊界條件和激勵　273
13.6　求解設置　274
13.7　設計檢查和運行模擬分析　274
13.7.1　設計檢查　274
13.7.2　運行模擬分析　275
13.8　結果分析　275
13.8.1　諧振頻率和品質因數Q　275
13.8.2　腔體內部電磁場的分佈　276
13.9　參數掃描分析　279
13.9.1　定義設計變量　279
13.9.2　創建介質圓柱體　280
13.9.3　添加參數掃描分析設置　282
13.9.4　運行參數掃描分析　283
13.9.5　參數掃描分析結果　283
13.10　本章小結　284
 
第 14章　HFSS計算SAR工程實例　285
14.1　設計背景　285
14.2　HFSS設計概述　286
14.2.1　建模概述　286
14.2.2　HFSS設計環境概述　287
14.3　新建工程　287
14.3.1　運行HFSS並新建工程　287
14.3.2　設置求解類型　287
14.3.3　設置默認長度單位　288
14.3.4　建模相關選項設置　288
14.4　創建偶極子天線模型　288
14.4.1　創建相對坐標系　288
14.4.2　創建偶極子天線模型　289
14.4.3　給偶極子天線分配集總埠激勵　292
14.5　創建外殼和腦組織液模型　294
14.5.1　創建第 一個球體　294
14.5.2　創建第 二個球體　297
14.5.3　生成外殼和腦組織液模型　299
14.6　創建SAR的計算線　300
14.7　分配輻射邊界條件　301
14.8　求解設置　302
14.9　設計檢查和運行模擬分析　303
14.9.1　設計檢查　303
14.9.2　運行模擬分析　303
14.10　查看分析結果　304
14.10.1　SAR計算結果　304
14.10.2　BrainFluid模型內部的電場分佈　305
14.11　本章小結　306
 
第 15章　HFSS雷達散射截面分析實例　307
15.1　雷達散射截面介紹　307
15.2　HFSS設計及其設計環境概述　309
15.3　新建HFSS工程　309
15.4　設計建模　311
15.4.1　創建長方體模型　311
15.4.2　設置PML邊界條件　312
15.5　求解設置　314
15.6　雙站RCS分析　314
15.6.1　定義入射波激勵　314
15.6.2　設計檢查並運行模擬分析　315
15.6.3　查看雙站RCS分析結果　316
15.7　單站RCS分析　318
15.7.1　定義入射波激勵　318
15.7.2　運行模擬分析　319
15.7.3　查看單站RCS分析結果　319
15.8　本章小結　320
 
第 16章　HFSS時域求解器應用實例　321
16.1　HFSS時域求解器和TDR分析　321
16.1.1　HFSS時域求解器簡介　321
16.1.2　TDR分析介紹　321
16.2　HFSS設計概述　322
16.3　新建HFSS工程　323
16.4　設計建模　325
16.4.1　創建同軸線結構模型　325
16.4.2　設置埠激勵　331
16.5　求解設置　333
16.6　設計檢查和運行模擬分析　334
16.7　查看TDR分析結果　335
16.8　本章小結　337
 
第 17章　HFSS-IE求解器應用實例　338
17.1　HFSS-IE求解器介紹　338
17.2　HFSS設計及其設計環境概述　339
17.3　新建HFSS工程　340
17.4　設計建模　341
17.4.1　創建曲線　341
17.4.2　創建紡錘形金屬體　342
17.5　設置平面波激勵　343
17.6　求解設置　344
17.7　設計檢查和運行模擬分析　344
17.7.1　設計檢查　344
17.7.2　運行模擬分析　345
17.8　查看分析結果　345
17.9　本章小結　347

作者介紹

李明洋，有着多年HFSS使用经验的工程师，在微波射频和天线设计领域有很好的研究，曾参加多个国家项目的设计，曾出版多本HFSS专业书籍。