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如何在HFSS中使用优化.pdf
如何在 HFSS 9.0 中
使用参扫、优化和灵敏度分析
P o q i 0 5 5
2004-1-13
如何在 HFSS 9.0 中使用参扫、优化和灵敏度分析 poqi055
目 录
第一章 概述 _________________________________________________________________________ 5
第一节 变量的设置____________________________________________________________________ 5
λ 全局变量和局部变量 ________________________________________________________________ 5
λ 求解过程扫描的设置 ________________________________________________________________ 5
第二节 本练习的说明 __________________________________________________________________ 6
第二章 以导线宽度为本地变量求解微带线特性阻抗练习 __________________________________ 7
2.1 设置解的类型 _____________________________________________________________________ 7
2.2 设置绘图单位 _____________________________________________________________________ 7
2.3 建立微带线模型 ___________________________________________________________________ 7
2.3.1 介质层模型 － PCB _______________________________________________________________ 7
2.3.2 空气箱 － AIR ___________________________________________________________________ 7
2.3.3 导线模型 — T ___________________________________________________________________ 7
2.3.4 端口设置 － P1，P2 ______________________________________________________________ 7
2.3.5 激励以及负载线设置 _____________________________________________________________ 8
2.3.6 边界设置 _______________________________________________________________________ 8
2.3.7 模型结构图 _____________________________________________________________________ 8
2.4 设置变量 _________________________________________________________________________ 8
2.5 设置仿真参数 _____________________________________________________________________ 9
2.6 设置参数扫描 _____________________________________________________________________ 9
2.6.1 添加参数扫描 ___________________________________________________________________ 9
2.6.1.1 扫描定义标签 _________________________________________________________________ 9
2.6.1.2 Table 标签 ___________________________________________________________________ 10
2.6.1.3 General 标签 _________________________________________________________________ 10
2.6.1.4 Calculations 计算标签 ________________________________________________________ 10
2.6.2 执行参数扫描 __________________________________________________________________ 12
2.7 观察参数仿真结果 ________________________________________________________________ 12
2.7.1 显示曲线的设置之一：CONTEXT 设置 ________________________________________________ 12
2.7.2 显示曲线的设置之二：扫描标签的设置_____________________________________________ 13
2.7.3 显示曲线的设置之三：X 轴显示参数的设置 _________________________________________ 13
2.7.4 显示曲线的设置之四：Y 轴显示参数设置 ___________________________________________ 13
2.7.5 使用 OPTIMETRICS\PARAMETRICSETUP1 进行扫描结果观察 __________________________________ 14
2.8 优化功能的使用和设置 ____________________________________________________________ 15
2.8.1 取消扫描设置 __________________________________________________________________ 15
2.8.2 将模型的 W 参数转换成 OPTIMIZATION 变量____________________________________________ 15
2.8.3 添加优化设置 __________________________________________________________________ 16
2.8.4 添加 COST 函数 __________________________________________________________________ 16
2.8.5 修改变量的起始和中止值_________________________________________________________ 17
2.8.6 GENERAL 项目的设置（解算方式设置） ______________________________________________ 17
2.8.7 执行优化分析 __________________________________________________________________ 17
2.8.8 观察忧化结果 __________________________________________________________________ 18
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如何在 HFSS 9.0 中使用参扫、优化和灵敏度分析 poqi055
2.9 建模与参扫之间的一个需要注意的问题 ______________________________________________ 18
2.9.1 标准状态 1 _____________________________________________________________________ 18
2.9.2 导线位置移动 __________________________________________________________________ 19
2.9.3 标准状态 2 _____________________________________________________________________ 19
2.9.4 负载线位置发生变化 _____________________________________________________________ 19
2.10 修正设计 _______________________________________________________________________ 19
2.11 优化过程中不收敛的处理 _________________________________________________________ 20
第三章 关于介质物体的参扫和优化 _________________________________________________________ 21
3.1 设置 HFSS 设计的初始参数 _________________________________________________________ 21
3.2 设置表征介质层厚度的全局变量：H _________________________________________________ 21
3.3 将变量 H 应用到 PCB 模型尺寸设置中 ________________________________________________ 21
3.3.1 设置介质层模型 PCB 的 Z 轴（高度）变量___________________________________________ 21
3.3.2 设置与 Z 轴高度$H 相关的端口位置 ________________________________________________ 22
3.4 设置本地介电常数变量 ____________________________________________________________ 22
3.4.1 添加新的全局变量“RF”_________________________________________________________ 22
3.4.2 新建使用变量的介电常数_________________________________________________________ 22
3.5 其它参数的设置；进行初始的仿真 __________________________________________________ 23
3.6 添加扫描变量 ____________________________________________________________________ 23
3.6.1 添加介质层厚度变量$H 和介电常数变量$RF _________________________________________ 23
3.6.1.1 Sweep 定义标签 _______________________________________________________________ 23
3.6.1.2 常规设置标签 ________________________________________________________________ 23
3.6.1.3 计算标签设置 ________________________________________________________________ 24
3.6.2 执行参数扫描 __________________________________________________________________ 24
3.6.3 察看仿真结果 __________________________________________________________________ 24
结论：1) 阻抗随介质层厚度减小而减小 _________________________________________________ 24
3.7 设置优化 ________________________________________________________________________ 25
3.7.1 转换两个全局变量为优化变量_____________________________________________________ 25
3.7.2 设置优化变量 __________________________________________________________________ 25
3.7.2.1 Goals 标签设置状态 ___________________________________________________________ 25
3.7.2.2 Variables 标签设置状态 _______________________________________________________ 25
3.7.2.3 General 标签设置状态 _________________________________________________________ 26
3.8 优化结果 ________________________________________________________________________ 26
3.8.1 首次参数扫描结果 ______________________________________________________________ 26
3.8.2 执行优化 ______________________________________________________________________ 26
小结： ______________________________________________________________________________ 27
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如何在 HFSS 9.0 中使用参扫、优化和灵敏度分析 poqi055
第四章 差分线的阻抗参数扫描合优化 _______________________________________________________ 28
4.1 设置 HFSS 设计的初始参数 _________________________________________________________ 28
4.2 端口设置 ________________________________________________________________________ 28
4.2.1 建立两个端口的几何图形_________________________________________________________ 28
4.2.1.1 建立 Port1 ___________________________________________________________________ 28
4.2.1.2 建立 Port2 ___________________________________________________________________ 28
4.3 建立边界 ________________________________________________________________________ 29
4.4 建立端口 1 的负载线 ______________________________________________________________ 29
4.5 建立端口 2 的负载线 ______________________________________________________________ 29
4.6 设置参扫参数 ____________________________________________________________________ 30
4.6.1 设置全局变量 __________________________________________________________________ 30
4.6.2 修改导线模型几何参数___________________________________________________________ 30
4.7 设置仿真（非扫描）参数 __________________________________________________________ 30
4.8 添加参数扫描变量 ________________________________________________________________ 31
4.8.1 参数扫描变量窗口的 SWEEP 定义标签 _______________________________________________ 31
4.8.2 参数扫描变量窗口的 TABLE 标签 ___________________________________________________ 31
4.8.3 参数扫描变量窗口的计算标签设置__________________________________________________ 31
4.8.4 参数扫描变量窗口的常规设置标签__________________________________________________ 32
4.9 执行参数扫描 ____________________________________________________________________ 33
4.9.1 进行变量$SET＝113MIL 常规设置的仿真 _____________________________________________ 33
4.10 察看参扫结果 ___________________________________________________________________ 33
4.11 设置优化参数 ___________________________________________________________________ 34
4.11.1 将$SET 变量转换成优化变量______________________________________________________ 34
4.11.2 添加优化变量 _________________________________________________________________ 34
4.11.2.1 优化变量窗口中目标（Goals）标签设置 ________________________________________ 34
4.11.2.2 优化变量窗口中变量（Variables）标签设置 ____________________________________ 35
4.11.2.3 优化变量窗口中常规（General）标签设置 ______________________________________ 35
4.12 执行优化 _______________________________________________________________________ 36
4.13 察看优化的收敛过程 _____________________________________________________________ 36
4.14 从新设置优化参数 _______________________________________________________________ 38
4.14.1 全局变量的改变 _______________________________________________________________ 38
4.14.2 将新的$SET 变量再次转换成优化变量 ____________________________________________ 38
4.14.3 添加一个新的优化变量__________________________________________________________ 38
4.14.4 使用新的变量范围优化结果______________________________________________________ 38
4.5 小结 ____________________________________________________________________________ 39
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如何在 HFSS 9.0 中使用参扫、优化和灵敏度分析 poqi055
第五章 灵敏度分析 _______________________________________________________________________ 40
5.1 灵敏度的定义 ____________________________________________________________________ 40
5.2 如何在 HFSS 使用灵敏度分析 _______________________________________________________ 40
5.3 本例使用的模型 __________________________________________________________________ 41
5.4 变量的设置 _______________________________________________________________________ 41
5.5 扫描变量的设置 ___________________________________________________________________ 41
5.5.1 在添置扫描变量窗口中“SWEEP DEFINITIONS”标签的设置 ______________________________ 41
5.5.2 在添置扫描变量窗口中“GENERAL”标签的设置_______________________________________ 42
5.5.3 在添置扫描变量窗口中“CALCULATION RANGE”标签的设置 ______________________________ 42
5.6 扫描结果 _________________________________________________________________________ 42
5.7 设置优化变量 _____________________________________________________________________ 43
5.8 进行优化操作 _____________________________________________________________________ 44
5.9 设置灵敏度变量 ___________________________________________________________________ 44
5.10 添加灵敏度分析并设置变量值 ______________________________________________________ 45
5.11 运行灵敏度分析 __________________________________________________________________ 45
5.12 灵敏度结果分析 __________________________________________________________________ 45
5.12.1 TABLE 显示的结果 ______________________________________________________________ 46
5.12.2 曲线方式显示的结果 ___________________________________________________________ 46
第六章 附录 _____________________________________________________________________________ 49
6.1 变量调协（TUNE） _______________________________________________________________ 49
6.1.1 设置 TONE 变量__________________________________________________________________ 49
6.1.2 检查运行 TONE 后的结果 __________________________________________________________ 50
6.1.3 结束 TONE ______________________________________________________________________ 51
6.1.4 小结 __________________________________________________________________________ 51
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如何在 HFSS 9.0 中使用参扫、优化和灵敏度分析 poqi055
如何在 HFSS 9.0 中使用参扫，优化和灵敏度分析
第一章 概述
第一节 变量的设置
在 HFSS 9.0 中使用参数扫描和优化的方法比起 HFSS 8.0 要简单的多。但是在使用之前有一个概念必
须搞清。
如果需要使用参数扫描和优化功能，首先要用到的就是“变量”这个概念。给一个变量设置不同的数
值，就可以不同的仿真结果，并且依据这个结果可以进行下一步的优化工作。
全局变量和局部变量
变量在 HFSS 9.0 中有两个级别：1.全局变量，也叫项目变量；2.本地变量，也叫当前变量。两者的
区别是，全局变量的变化将影响整个设计中的各个步骤将要用到或间接用到的步骤。而本地变量只影响当
前设置的项目。从下面的图例中可以看到两者的不同。
假如有一个差分线模型，用它来分析差分特性阻抗。已知导线间的宽度可以影响这个阻抗数值，因此
可以将导线宽度作为一个变量：W。如果将 W 作为本地变量，将出现一个如图 1 所示的现象：
W
W
图 1A 图 1B
图 1 中，有一对差分线，定义了 W 为局部变量。由于要求解差分阻抗，所以必须对这一对导线建立两
个端口，并设置负载线，见图 1A。那么在修改了 W 的数值，如果 W 加大，导线 2 将右移，但是它的端口上
的负载线并不移动，图 1B。这样将造成解算数据的错误。
这样的原因是，W 是在建立导线 2 模型的时候确定的本地变量；而负载线是在进行端口设置时做的，
它与模型建立是间接关系。因 W 变量变化导致的导线 2 移动，并不影响到负载线。
但是如果将 W 设置成了全局变量，那么因 W 变量变化导致的导线 2 移动时，负载线也将移动（图 2）。
W1
W2
图 2
求解过程扫描的设置
对于参数扫描过程，可以进行扫描的设置，得到不同参数下的数条曲线。对于优化来讲，一般应将扫
描设置取消。优化是指在一个确定的条件下优化某一个参数，如果再进行频率扫描优化效果的唯一性不便
体现，而且将花费大量的硬件资源。
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如何在 HFSS 9.0 中使用参扫、优化和灵敏度分析 poqi055
第二节 本练习的说明
在下面的章节中，有 4 个例题（E:\Maxwell\HFSS90\Mic_w\...）：
例题 1: 简单微带线结构模型。以导线宽度局部变量进行参数扫描和优化,-- Mic_w.hfss
例题 2：同样的简单微带线结构模型。以介电常数为局部变量进行参数扫描和优化,-- Mic_fr.hfss
模型同例题 1。
例题 3：微带线结构的差分线模型。分别以间距为局部变量和全局变量参数扫描和优化 --
Dif_L.hfss 和 Dif_G.hsfs
例题 4: 微带线结构的差分线模型的灵敏度分析 -- Mic__xyzfr.hfss
模型同例题 1。
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如何在 HFSS 9.0 中使用参扫、优化和灵敏度分析 poqi055
第二章 以导线宽度为本地变量求解微带线特性阻抗练习
2.1 设置解的类型
图 2.1 设置解的类型
在 HFSS 主菜单中，选择 Solution Type 命令，在弹出的类型设置窗口，选择“Driven Termin”选项。
2.2 设置绘图单位
图 2.2 设置绘图单位
2.3 建立微带线模型
2.3.1 介质层模型 － PCB
模型： 三维；（X=0,Y=0,Z=0） (dX=200,dY=100,dZ=4)
材料：Fr4
2.3.2 空气箱 － Air
模型： 三维；（X=0,Y=0,Z=4） (dX=200,dY =100,dZ=36)
材料：真空
2.3.3 导线模型 — T
模型： 二维；（X=0,Y=50,Z=4） (dX=200,dY =6,dZ=0)
材料：2D 图形，没有材料属性
2.3.4 端口设置 － P1，P2
模型： 二维； 端口 P1（X=200,Y=0,Z=0） (dX=0,dY =100,dZ=36)
端口 P2（X=0, Y=0,Z=0） (dX=0,dY =100,dZ=36)
材料：2D 图形，没有材料属性
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