HFSS使用心得

和大部分的大型數(shù)值分析軟件相似，以有限元方法為基礎的Ansoft HFSS 并非是傻瓜軟件，對于絕大部分的問題來說，想要得到快速而準確的結果，必須人工作一定的干預。除了必須十分明了模型細節(jié)外，建模者本身也最好具備一定的電磁理論基礎。這里假定閱讀者使用過HFSS，因此對一些屬于基本操作方面的內容并不提及。
1、對稱的使用
    對于一個具體的高頻電磁場仿真問題，首先應該看看它是否可以采用對稱面。這里面的約束主要在幾何對稱和激勵對稱要求。如果一個問題的激勵并不要求是可改變的，比如全部同相饋電的陣列，此時最好采用對稱，甚至可以采用2個對稱（E 和H 對稱），將可以大大節(jié)約時間和設備資源。
2、面的使用
    在實際問題中，有很多結構是可以使用2 維面來代替的，使用2 維面的好處是可以極大的減少計算量并且結果與使用3 維實體相差無幾。例如計算一個微帶的分支線耦合器，印制板的微帶以及地都可以指定某些面為理想電面代替，這樣可以很快的獲得所需要的物理尺寸及其性能。再以計算偶極子為例，如果偶極子是以理想導體為材質的圓柱，那么相同的其他條件下其計算時間大約是采用等效面為偶極子的4～5 倍，由此可見一般。
3、Lump Port（集中端口）的使用
    在HFSS8 里提供了一種新的激勵：Lump Port，這種激勵避免了建立一個同軸或者波導激勵，從而在一定程度上減輕了模型量，也減少了計算時間。LumpPort 也可以使用一個面來代表，要注意的是對該Port 的校準線和阻抗線的設置一定要準確，端口在空間上一定要與其他金屬（或電面）相接，否則結果極易出錯。
4、關于輻射邊界的問題
    在不需要求解近（遠）場問題時，比如密封在金屬箱體里面的濾波器等密閉問題，無需設置輻射邊界。在需要求解場分布或者方向圖時，必須設置輻射邊界。這里有些需要注意的問題：在計算大帶寬周期性結構時，比如3 個倍頻程，最好分段計算，例如以一個倍頻程為一段，也就是說在不同的頻段計算時設置不同大小的輻射邊界，否則在計算的頻率邊緣難以保證計算精度；其次，輻射邊界的大小和問題的具體形狀密切相關，如果物體的外部輪廓可以裝在一個球或并不過分的橢球中時，宜采用立方體邊界——簡單有效，如果問題的外部輪廓較為復雜或者橢球2 軸差距太大，以采用相似形邊界或圓柱邊界，對于輻射問題，如果估計問題的增益較低（比如2dB），那么邊界宜采用球形，此時為了得到結果準確也只好犧牲時間了；另在HFSS 8 中提供了一種新的吸收邊界——PML 邊界條件，對于這種邊界，筆者并不是很滿意，盡管其有效距離為八分之一個中心波長——是老邊界的一半，可以減少計算量，然而這種邊界由程序自己生成，為一個立方體的復雜結構，對于一些特殊的復雜問題，這種邊界內部有很多的空間是無用的，此時還不如使用老邊界靈活。
5、關于開孔
    有些問題需要在壁上開孔，此時可以采用2 種辦法，其一是老老實實的在模型上挖空；其二是采用H/Natrue 邊界條件，通常，如果是在面上開孔，將會采用后者，簡單，便于修改。
6、關于網(wǎng)格劃分
    當模型建立好了之后，進入計算模塊，第一步是給問題劃分網(wǎng)格。對于一般問題，讓軟件自動劃分比較省心，但對大型問題和復雜問題，讓軟件自己劃分可能需要很好的耐性來等待。根據(jù)實際經(jīng)驗，在大型模型的結構密集區(qū)域或場敏感區(qū)域使用人工劃分可以得到很好的效果，有些問題的計算結果開始表現(xiàn)為收斂，但進一步提高精度，卻又反彈，問題就在于開始時場敏感區(qū)域的網(wǎng)格劃分不夠仔細，導致計算結果的偏差。
7、關于所需要的精度
    計算問題時，一般需要給定一個收斂精度和計算次數(shù)以避免程序“陷入計算而無法自拔”，當對模型熟悉后，可以單單靠給定次數(shù)。在問題之初，建議的計算精度不要太高，實際中曾見到有操作者將問題的S 參數(shù)精度設定為0.00001，其實這是完全沒有必要的，一般S 參數(shù)的精度設定為0.02 左右就已經(jīng)可以滿足絕大部分問題的需要（此時應該注意有無收斂反彈的情況）。如果是計算次數(shù)，對于密閉問題，建議是設定為8～12 次，對于輻射問題，一般計算6～8 次左右即可觀察結果，如果不夠再決定是否繼續(xù)計算。
8、關于掃描
    HFSS 提供一個掃描功能，分3 種方式：快速、離散和插值。其中離散掃描只保留最后一個頻點的場結果，其計算時間是單個頻點計算時間之和；對快速掃描，將可以得到所計算的頻率范圍內的所有頻率場結果，但是其計算速度和頻點多少關系不大，基本和模型復雜程對積比，有時掃描計算的時間非常長，如果不是特別需要關心所有的場情況，建議選用離散掃描，對于特別巨大的問題，則是以快速掃描為宜。而插值方式比較少用。
9、關于問題的規(guī)模
    HFSS 所能計算的問題規(guī)模與計算機硬件關系很大，其次是所使用的操作系統(tǒng)。在HFSS8 里，問題描述矩陣的階基本和網(wǎng)格數(shù)正比，對于四面體上10 萬的問題也能游刃有余（只要機器夠好），然而這并非是指實際問題的電尺寸，實際上，要精確計算一個計算機網(wǎng)絡電纜接頭（RJ45）所需要的時間和資源并不比計算一個有一個波長電尺寸的一般輻射問題少多少，所以實際上其計算規(guī)模的主要約束是問題的復雜程度，而復雜程度里面包含了電尺寸、結構復雜度等要素。由此提醒我們建模時應該盡量簡化模型。一般來說，除了在激勵區(qū)，當結構電尺寸比二十分之一波長還小時，可以忽略它的存在而不會引入明顯的誤差，這一點在解決問題之初很有效，可以迅速發(fā)現(xiàn)問題的關鍵；當問題的主要要求滿足
后，再將模型細化以獲得更加精確的結果。
    以上就HFSS 使用的各個方面總結了一些心得，以供大家參考，如有不當之處，請 交流指正，先謝過！