http://www.mweda.com 经典 ADS,HFSS,Ansoft Designer, Mentor EN, Mentor WG 相关培训教程 HFSS 与 MWS 简介及 HFSS 使用心得 http://www.mweda.com 1、简介 目前，国际上主流的三维高频电磁场仿真软件有德国 CST 公司的 MicroWave Studio（微波工作室）、美国 Ansoft 公司的 HFSS（高频电磁场仿真），而诸如 Zeland 等软件则最多只能算作 2.5 维的。 就目前发行的版本而言， CST 的 MWS 的前后处理界面及操作感比 HFSS 好很多，然而 Ansoft 也意识到了自己的缺点，在将要推出的新版本 HFSS（定名 为 Ansoft Designer）中，界面及操作都得到了极大的改善，完全可以和 CST 相 比；在性能方面，2 个软件各有所长，在业界每隔一定时间就会有一次软件比赛， 看看谁的软件算的快，算的准，在过去的时间里，CST 和 ANSOFT 成绩相差不 多；价格方面，2 个软件相差不多，大约在 7～8 万美元的水平，且都有出国培 训的安排。 值得注意的是，MWS 采用的理论基础是 FDTD（有限时域差分方法），所以 MWS 的计算是由时域得到频域解，对于象滤波器，耦合器等主要关心带内参数 的问题设计就非常适合；而 HFSS 采用的理论基础是有限元方法，是一种积分方 法，其解是频域的，所以 HFSS 是由频域到时域，对于设计各种辐射器及求本征 模问题很擅长。当然，并不是说 2 个软件在对方的领域就一无是处。 由于 Ansoft 进入中国市场较早，所以目前国内的 HFSS 使用者众多，特别是 在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。 2、使用心得 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。 作者假定阅读者使用过 HFSS，因此对一些属于基本操作方面的内容并不提 及。 2.1、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。 2.2、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 

http://www.mweda.com 经典 ADS,HFSS,Ansoft Designer, Mentor EN, Mentor WG 相关培训教程 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。 2.3、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。Lump Port 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。 2.4、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。 2.5、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。 2.6、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 

http://www.mweda.com 经典 ADS,HFSS,Ansoft Designer, Mentor EN, Mentor WG 相关培训教程 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。 2.7、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。 2.8、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。 2.9、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 HFSS8 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。 以上就 HFSS 使用的各个方面总结了一些心得，以供大家参考，如有不当之 处，请登陆：http://www.mweda.com 交流指正，先谢过！