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HFSS 3D LAYOUT 用户手册 ANSYS CHINA

目录手册说明........................................................................................................................................... 4 (一) 第一章 HFSS 3D LAYOUT 概述 .................................................................................. 4 1.1 什么是 HFSS 3D LAYOUT ....................................................................................... 4 1.2 HFSS 3D LAYOUT 与 HFSS 对比一览 ................................................................... 4 (二) 第二章 HFSS 3D LAYOUT 界面 .................................................................................. 6 2.1 整体布局 ....................................................................................................................... 6 2.2 Project Manager 窗口 ............................................................................................ 7 2.3 Layout Edit 窗口 ....................................................................................................... 8 2.4 Layers 窗口 ................................................................................................................. 9 2.5 Components 窗口 .................................................................................................. 10 2.6 Nets 窗口 .................................................................................................................. 11 2.7 Properties 窗口 ...................................................................................................... 12 (三) 第三章 HFSS 3D LAYOUT 模型导入与修改 ............................................................ 14 3.1 PCB 导入与切割 ........................................................................................................ 14 3.2 Layer Stack 修改 ..................................................................................................... 15 3.3 过孔和焊盘的修改 ..................................................................................................... 16 3.4 建立新的 Layout 元素 ............................................................................................. 18 3.5 使用参数化变量 ......................................................................................................... 18 3.6 在 HFSS 3D LAYOUT 中使用 S 参数模型 ............................................................ 20 (四) 第四章 HFSS 3D LAYOUT 边界条件与端口 ............................................................ 23 4.1 空气盒子与辐射边界 ................................................................................................. 23 4.2 Layer Stack 中的边界条件设置 ............................................................................. 24 4.3 HFSS 3D LAYOUT 端口概述 ................................................................................. 25 4.4 Edge 类型端口设置详解 .......................................................................................... 27 4.5 同轴类型端口设置详解 ............................................................................................. 32 4.6 Circuit 端口设置 ....................................................................................................... 35 (五) 第五章 HFSS 3D LAYOUT 求解设置 ........................................................................ 37 5.1 Analysis Setup 详解 .............................................................................................. 37 5.2 Mesh 方法设置 ......................................................................................................... 42

5.3 HPC 并行计算设置 ................................................................................................... 43 (六) 第六章 HFSS 3D LAYOUT 结果查看与后处理 ........................................................ 45 6.1 查看仿真状态 ............................................................................................................. 45 6.2 显示电磁场和网格 ..................................................................................................... 46 6.3 设置差分对 ................................................................................................................. 48 6.4 查看和导出 S 参数 .................................................................................................... 48 6.5 S 参数质量检查 ......................................................................................................... 50 (七) 第七章 HFSS 3D LAYOUT 操作实例视频 ................................................................ 53

手册说明本手册旨在为具备一定电磁场理论基础和 HFSS 使用经验的用户，提供 HFSS 3D LAYOUT 的使用说明。一些非 HFSS 3D LAYOUT 独有的概念与技术细节（如 Wave Port，求解频率等），在本手册中未能尽述，需要阅读者额外查询 HFSS 和电磁场理论等相关书籍本手册所使用的软件版本为 R17.0，其它版本可能会与本手册中的描述略有不同。 (一) 第一章 HFSS 3D LAYOUT 概述 1.1 什么是 HFSS 3D LAYOUT HFSS 3D LAYOUT 是 ANSYS 公司推出的专门用于 PCB 和封装的全波三维电磁场仿真工具，其计算过程完全基于业内领先的电磁仿真软件 HFSS 的有限元算法内核，同时全新提供了 EDA 风格操作界面和仿真设置流程，更加符合 LAYOUT 行业的操作习惯，能够显著提升 PCB 与封装仿真的设置和求解效率。在 HFSS 3D LAYOUT 中，具备 LAYOUT 工具中的层（Layer），网络属性（NET）等概念。物体的分类不是按照材料属性划分，而是按照与 LAYOUT 工具一致的类型进行划分，这些类型包括过孔（Via），走线(Trace)，平面(Plane)和焊盘（Pad）等。使用者可以根据这些属性和分类不同，分门别类地进行显示/隐藏控制及操作修改。除此以外，由于 PCB 结构的规整性，HFSS 3D LAYOUT 中端口（Port）的建立流程也极为简便，大部分时候用户只需在要建立端口的位置，选中相应结构的边缘，即可直接生成端口。 HFSS 3D LAYOUT 中引入了一些新的针对 LAYOUT 的仿真设置，如 Phi mesh，多个求解频率点（Solution frequency），走线横截面形状控制等，让用户可以更为自由地进行控制。对于只熟悉 HFSS 的老用户而言，还可以直接将 HFSS 3D LAYOUT 仿真项目导出成普通的 HFSS 仿真项目，并在 HFSS 中进行仿真对比。总而言之，HFSS 3D LAYOUT 在确保仿真精度与 HFSS 一致的同时，很好地弥补了 HFSS 在 PCB 与封装仿真项目上操作便利性上的不足，能够为用户带来良好的仿真体验。 1.2 HFSS 3D LAYOUT 与 HFSS 对比一览 HFSS 3D LAYOUT HFSS

核心算法有限元有限元主要应用 PCB 与封装电磁仿真任意结构电磁仿真网格形状四面体四面体建模方式导入 Layout 文件导入或直接建模网格划分方法针对 PCB 特点的 Phi mesh 通用方法界面风格 EDA 风格 CAD 风格参数化导入的 PCB 元素支持参数化导入模型不支持参数化电气信息保留端口生成智能生成不保留手工绘制求解类型 Driven Terminal Driven Terminal 和 Driven Modal 电磁场后处理功能基本器件信息保留完备不保留是否支持 RLC 器件支持通过边界条件有限支持相互转换可以转换为 HFSS 项目不可转换为 HFSS 3D Layout 项目边界条件设置简单复杂求解频率支持多个求解频率支持一个求解频率扫频方式支持插值和离散两种支持插值，离散和快速三种物体分类按电气类型分类按形状和材料属性分类工程文件大小紧凑较大

(二) 第二章 HFSS 3D LAYOUT 界面 2.1 整体布局双击 Windows 桌面上的 ANSYS Electronics Desktop 图标（图 2.1.1），打开 Electronics Desktop 界面。注意到此时，软件会默认新建一个空白的项目，然后在最上方菜单栏处，点击 Project->Insert HFSS 3D Layout Design（图 2.1.2），即可在当前项目中插入一个空白的 HFSS 3D LAYOUT 仿真设计图 2.1.1 图 2.1.2 插入新的 HFSS 3D LAYOUT 仿真设计 HFSS 3D LAYOUT 的整体界面如图 2.1.3 所示，主要窗口包括项目管理窗口（Project Manager）, 属性窗口（Properties）,叠层显示控制窗口（Layers）, 器件管理窗口（Components）,网络显示窗口（Nets）,消息窗口（Message Manger），仿真进展窗口（Progress）和各项快捷方式按钮。其中，Message Manger 窗口主要用来反馈仿真过程中的各种信息，如一些警告或者错误提示等.Progress 窗口主要显示当前仿真所处的进度位置，如网格划分阶段或者扫频阶段等。其他几个窗口的具体内容会在后面详述。用户可以拖拽各个窗口，将其放置在不同的位置。也可以点击菜单栏中的 View,然后在下拉菜单中的各项窗口名称前打勾（图 2.1.4），从而控制某项窗口的显示与否。如果用户不小心将 HFSS 3D LAYOUT 的窗体布局搞得过于混乱，那

么还可以通过菜单栏中 View->Window Layouts->Default来恢复默认窗口布局。图 2.1.3 HFSS 3D LAYOUT 中主要窗口名称图 2.1.4 控制各项窗口的显示/隐藏 2.2 Project Manager 窗口 Project Manager 窗口的功能是对各类仿真项目进行设置和管理。在 R17 版本中，ANSYS Electronic Desktop 集成了 HFSS，Q3D，HFSS 3D LAYOUT，Designer， 2D Extractor, Maxwell，RMxprt 和 Simplorer 等电磁场与电路模块，全面覆盖了从高频到低频，功率到信号，器件到系统等不同层次的仿真需求。对于 HFSS 3D LAYOUT 仿真项目，其在 Project Manager 中的树状图如图 2.2.1 所示。

图 2.2.1 HFSS 3D LAYOUT 的树状结构图树状结构中各主要项作用如下 Circuit Elements: HFSS 3D LAYOUT 支持 RLC 器件和 S 参数器件，Circuit Element 是对这些器件的管理。 Boundaries: 空气盒子与辐射边界设置 Excitations:端口与激励相关属性的设置 Analysis:设置仿真选项与扫频 Optimetrics:参数优化与扫描 Results:各种仿真结果显示，如 S 参数 Field Overlays:求解域内部的电磁场与网格显示 Far Fields:近场和远场显示 2.3 Layout Edit 窗口 Layout Edit 窗口（图 2.3.1）显示整个 PCB 的形状，默认是自上而下的视角，用户通过这个界面可以完成视角的变化和物体的选中图 2.3.1 Layout Edit 窗口

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