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Ansoft HFSS入门教程与仿真实例

作译者：冯奎胜,李娜,李劲

出版时间：2013-09 千字数：636 版次：01-01 页数：408

开本：16(185*260) 装帧： I S B N ：9787121212239

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纸质书定价：￥69.0

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目    录
第一部分  软件入门篇
第 章  Ansoft HFSS概述及入门实例	1
1.1  HFSS简介	1
1.1.1  HFSS的功能介绍	1
1.1.2  HFSS的计算原理	2
1.1.3  HFSS的设计流程	4
1.1.4  HFSS的文件管理	5
1.1.5  HFSS的启动	7
1.2  入门实例一：T形波导的内场分析	9
1.2.1  创建并保存新工程	9
1.2.2  创建T形波导模型	12
1.2.3  添加仿真的基本设置	18
1.2.4  仿真有效性验证及分析	20
1.2.5  查看T形波导的内场分布	20
1.2.6  保存并退出HFSS	24
1.3  入门实例二：对称偶极子天线远场分析	25
1.3.1  创建并保存新工程	25
1.3.2  创建偶极子天线模型	28
1.3.3  添加仿真的基本设置	36
1.3.4  仿真有效性验证与分析	39
1.3.5  查看天线远场辐射方向图	39
1.3.6  保存并退出HFSS	43
第 章  HFSS 操作界面	44
2.1  标题栏	44
2.2  主菜单栏	45
2.3  工具栏	56
2.4  工程管理窗口	58
2.5  属性窗口	58
2.6  信息管理窗口	59
2.7  进程窗口	59
2.8  模型管理窗口	59
2.9  状态栏	61
第 章  HFSS仿真建模的基本操作	63
3.1  坐标系与工作平面	63
3.1.1  全局坐标系	63
3.1.2  相对坐标系	64
3.1.3  面坐标系	65
3.1.4  工作平面	65
3.2  HFSS中的变量	66
3.2.1  变量类型	66
3.2.2  工程变量的添加、删除和使用	68
3.2.3  设计变量的添加、删除和使用	70
3.3  鼠标的移动与捕捉	71
3.3.1  鼠标的移动模式	71
3.3.2  鼠标的捕捉模式	71
3.4  模型的属性	72
3.4.1  模型管理树	72
3.4.2  模型属性	74
3.5  二维基本模型的创建	75
3.5.1  二维线段的绘制	75
3.5.2  二维平面的绘制	80
3.6  三维基本模型的创建	81
3.6.1  创建长方体模型	82
3.6.2  创建其他三维基本模型	83
3.6.3  创建螺旋体模型	84
3.7  非基本模型的创建	87
3.7.1  由线生面	87
3.7.2  由面生体	90
3.7.3  扭波导的创建	91
3.8  模型的选择	93
3.8.1  选择类型与模式	93
3.8.2  物体模型的选择方法	94
3.9  模型的调整	95
3.9.1  几何变换	95
3.9.2  边缘切削	98
3.9.3  布尔运算	100
3.10  模型的显示	103
3.10.1  模型的查看与浏览	103
3.10.2  改变视图和视角	103
3.10.3  物体模型的显示与隐藏	105
第 章  HFSS仿真的基本设置	107
4.1  边界条件的设置	107
4.1.1  边界条件概述	107
4.1.2  理想导体边界	108
4.1.3  理想磁边界	108
4.1.4  有限导体边界	109
4.1.5  阻抗边界	110
4.1.6  分层阻抗边界	110
4.1.7  辐射边界	111
4.1.8  对称边界及阻抗倍乘器的使用	111
4.1.9  主、从边界	114
4.1.10  集总RLC边界	114
4.1.11  理想匹配层边界	114
4.1.12  无限地平面	115
4.2  激励类型与设置	115
4.2.1  波端口激励	116
4.2.2  集总端口激励	121
4.2.3  Floquet端口激励	121
4.2.4  入射波激励	122
4.2.5  电压源激励	123
4.2.6  电流源激励	123
4.2.7  磁偏置源激励	123
4.3  材料属性的设置	124
4.3.1  设置物体模型的材料属性	124
4.3.2  材料属性说明	125
4.4  网格剖分的设置	126
4.4.1  自适应网格剖分	126
4.4.2  手动设置网格	130
4.4.3  表面近似设置	131
4.4.4  网格使用建议	133
4.5  分析求解的设置	133
4.5.1  求解类型	133
4.5.2  不同求解类型的比较	135
4.5.3  求解器的设置	136
4.5.4  扫频求解	142
4.5.5  仿真有效性验证与分析	146
4.5.6  自适应迭代求解	149
第 章  仿真数据的后处理	152
5.1  后处理的方法及步骤	152
5.1.1  后处理操作命令	152
5.1.2  数据的显示方式	153
5.2  查看求解信息	153
5.2.1  求解信息	153
5.2.2  等效电路输出	155
5.3  查看数值结果	156
5.3.1  数值结果类型	156
5.3.2  自定义输出变量	157
5.4  查看场分布	159
5.4.1  场量类型	159
5.4.2  场图绘制	160
5.4.3  动态显示	162
5.5  场计算器的使用	163
5.5.1  功能介绍	163
5.5.2  图形报告	170
5.5.3  注意事项	171
5.6  辐射和散射问题的处理	171
5.6.1  HFSS辐射问题的计算	171
5.6.2  天线远场方向图的绘制	172
5.6.3  天线参数的计算与查看	178
5.6.4  天线阵列的处理	181
5.6.5  HFSS散射问题的计算	185
第 章  HFSS优化设计	187
6.1  基本概念及功能介绍	187
6.1.1  优化变量	187
6.1.2  参数扫描分析	188
6.1.3  参数优化设计	189
6.1.4  调谐分析	192
6.1.5  敏感性分析	192
6.1.6  统计分析	192
6.2  HFSS优化设计实例	193
6.2.1  添加输出变量	193
6.2.2  参数扫描分析	196
6.2.3  优化设计	197
6.3  HFSS优化设计的注意事项	201
第二部分  实  例  篇
第 章  八木-宇田天线仿真实例	203
7.1  八木-宇田天线概述	203
7.2  八木-宇田天线的原理分析	204
7.3  HFSS仿真设计概述	204
7.4  创建工程设计	205
7.4.1  新建工程设计并保存	205
7.4.2  设置求解类型	206
7.4.3  设置模型尺寸单位	206
7.4.4  建模相关选项的设置	207
7.5  创建八木天线的仿真模型	207
7.5.1  定义设计变量	207
7.5.2  设置模型的默认材料	209
7.5.3  创建有源对称振子	210
7.5.4  创建反射器模型	212
7.5.5  创建引向器模型	212
7.6  设置激励及边界条件	214
7.6.1  设置集总端口激励	214
7.6.2  设置辐射边界条件	217
7.7  仿真的基本设置	219
7.7.1  求解设置	219
7.7.2  扫频设置	220
7.7.3  仿真有效性验证及分析计算	221
7.8  查看仿真分析结果	222
7.8.1  查看计算收敛情况	222
7.8.2  查看天线的频带特性	223
7.9  优化设计	225
7.9.1  参数扫描分析	225
7.9.2  优化设计	229
7.10  应用并查看优化后的天线指标	231
7.10.1  天线的S11参数	231
7.10.2  天线的三维增益方向图	232
7.10.3  天线的二维增益方向图	234
7.10.4  天线参数列表	235
第 章  微波混合接头仿真实例	237
8.1  魔T的结构形式及特性	237
8.2  HFSS仿真设计概述	238
8.3  创建工程设计	239
8.3.1  新建工程设计并保存	239
8.3.2  设置求解类型	240
8.3.3  设置模型尺寸单位	240
8.3.4  建模相关选项的设置	240
8.4  创建魔T的仿真模型	242
8.4.1  定义设计变量	242
8.4.2  创建魔T波导臂	243
8.4.3  创建匹配锥体模型	246
8.5  仿真的基本设置	249
8.5.1  求解设置	249
8.5.2  扫频设置	250
8.5.3  仿真有效性验证及分析计算	251
8.6  查看仿真分析结果	252
8.6.1  计算收敛情况	252
8.6.2  魔T的匹配特性	253
8.6.3  魔T的隔离特性	254
8.6.4  魔T的平分特性	255
8.6.5  魔T的场分布图	256
第 章  微带天线仿真实例	258
9.1  微带天线概述	258
9.1.1  微带天线的优缺点	258
9.1.2  微带天线的辐射原理	259
9.2  矩形微带天线设计实例	260
9.2.1  矩形微带天线的设计步骤	261
9.2.2  创建工程设计	262
9.2.3  创建矩形微带天线的仿真模型	264
9.2.4  设置激励及边界条件	270
9.2.5  仿真的基本设置	273
9.2.6  查看仿真分析结果	276
9.3  圆形微带天线设计实例	281
9.3.1  圆形微带天线的理论分析	281
9.3.2  HFSS仿真设计概述	284
9.3.3  创建工程设计	285
9.3.4  创建圆形微带天线的仿真模型	287
9.3.5  设置激励及边界条件	292
9.3.6  仿真的基本设置	295
9.3.7  查看仿真分析结果	297
9.3.8  优化设计	299
9.3.9  应用并查看优化后的天线指标	305
第  章  频率选择表面（FSS）仿真实例	310
10.1  频率选择表面概述	310
10.1.1  什么是FSS	310
10.1.2  周期单元对FSS的影响	311
10.1.3  介质加载对FSS的影响	311
10.2  环形单元FSS的原理分析	311
10.3  HFSS仿真设计概述	312
10.4  创建工程设计	313
10.4.1  新建工程设计并保存	313
10.4.2  设置求解类型	314
10.4.3  设置模型尺寸单位	314
10.4.4  建模相关选项的设置	315
10.5  创建FSS仿真模型	315
10.5.1  定义设计变量	315
10.5.2  创建环形单元模型	316
10.5.3  创建介质衬底	318
10.5.4  创建空气腔	320
10.6  设置激励及边界条件	321
10.6.1  设置Floquet端口激励	321
10.6.2  设置主、从边界条件	323
10.6.3  设置理想导体边界条件	325
10.7  仿真的基本设置	326
10.7.1  求解设置	326
10.7.2  扫频设置	327
10.7.3  仿真有效性验证及分析计算	328
10.8  查看仿真分析结果	329
10.8.1  查看计算收敛情况	329
10.8.2  查看FSS频率选择特性	330
第  章  阶梯型方波导圆极化器仿真实例	332
11.1  波导圆极化器概述	332
11.2  方波导圆极化器的原理分析	333
11.3  HFSS仿真设计概述	334
11.4  创建工程设计	335
11.4.1  新建工程设计并保存	335
11.4.2  设置求解类型	336
11.4.3  设置模型尺寸单位	336
11.4.4  建模相关选项的设置	337
11.5  创建圆极化器的仿真模型	337
11.5.1  定义设计变量	337
11.5.2  创建阶梯型金属膜片	339
11.5.3  创建方波导模型	342
11.6  设置输入、输出口激励	343
11.6.1  绘制端口激励平面	343
11.6.2  设置输入端口激励	343
11.6.3  设置输出端口激励	344
11.7  仿真的基本设置	345
11.7.1  求解设置	345
11.7.2  扫频设置	346
11.7.3  定义输出变量	346
11.7.4  仿真有效性验证及分析计算	348
11.8  查看仿真分析结果	349
11.8.1  查看计算收敛情况	349
11.8.2  查看圆极化特性	350
第  章  Wilkinson功分器仿真实例	353
12.1  Wilkinson功分器的原理分析	353
12.2  HFSS仿真设计概述	355
12.3  创建工程设计	356
12.3.1  新建工程设计并保存	356
12.3.2  设置求解类型	356
12.3.3  设置模型尺寸单位	356
12.3.4  建模相关选项的设置	357
12.4  创建功分器仿真模型	357
12.4.1  创建微带线模型	357
12.4.2  创建微带线的切角模型	359
12.4.3  合并模型及镜像复制	359
12.4.4  创建介质基板	360
12.4.5  参考地平面	361
12.5  设置激励及边界条件	362
12.5.1  设置集总端口激励	362
12.5.2  设置集总RLC边界	365
12.5.3  设置辐射边界条件	366
12.6  仿真的基本设置	367
12.6.1  求解设置	367
12.6.2  扫频设置	368
12.6.3  仿真有效性验证及分析计算	369
12.7  查看仿真分析结果	370
12.7.1  计算收敛情况	370
12.7.2  功分器的匹配特性	371
12.7.3  功分器的隔离特性	372
12.7.4  两输出端口的幅度及相位关系	373
第  章  RCS仿真实例	375
13.1  雷达散射截面（RCS）概述	375
13.1.1  RCS定义	375
13.1.2  RCS的单位	376
13.1.3  RCS 的特性	376
13.2  HFSS仿真概述	377
13.3  创建工程设计	378
13.3.1  新建工程设计并保存	378
13.3.2  设置求解类型	378
13.3.3  设置模型尺寸单位	379
13.3.4  建模相关选项的设置	379
13.4  创建RCS的仿真模型	380
13.4.1  创建理想金属球	380
13.4.2  创建辐射空气腔	381
13.5  设置激励及边界条件	382
13.5.1  设置平面波激励	382
13.5.2  设置辐射边界条件	383
13.5.3  设置对称边界条件	384
13.6  仿真的基本设置	385
13.6.1  求解设置	385
13.6.2  扫频设置	386
13.6.3  仿真有效性验证及分析计算	387
13.7  查看仿真分析结果	388
13.7.1  理想金属球的单站RCS	388
13.7.2  理想金属球的双站RCS	390
附录A  HFSS的常用快捷键	391

前    言
Ansoft HFSS 是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件。自20世纪80年代推出以来，HFSS经过20多年的发展，历经多次的版本更新和性能完善，现已发展到HFSS 13.0。如今，HFSS以其无与伦比的仿真精度和可靠性、快捷的仿真速度、方便易用的用户界面、稳定成熟的自适应网格剖分技术，已经成为微波射频领域工程师们进行天线、微波电路、电磁兼容等设计的首选工具。该软件可以分析、仿真任意三维无源结构的高频电磁场，可直接得到特征阻抗、传播常数、S参数及电磁场、辐射场、散射场等结果，被广泛用于无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域。
本书作为初学者的入门教程，摒弃了其他相关书籍大量的基本理论知识介绍和原理叙述，针对HFSS软件初学者急需利用该软件进行实践应用的需要，从软件使用角度出发，以目前普遍应用的HFSS 11.0版本为平台，按照软件仿真设计的流程顺序，一步一步由浅入深、从易到难介绍了HFSS软件的使用方法。本书的各章节相对独立又前后联系。编者在介绍软件的基本使用方法的同时，根据自己多年的仿真设计经验，及时给出了总结和关键提示，以帮助读者快速、正确、灵活地使用该软件。
本书共分为两大部分，第一部分为软件入门篇，结合简单的具体实例，重点介绍了HFSS软件的各种基本操作方法和技巧。这部分共分为6章，分别介绍了HFSS软件的相关概念、仿真模型的创建、仿真的相关设置、仿真数据后处理、优化设计等方面的基本操作和方法，并给出了两个入门实例，以帮助读者将各部分基本理论串接起来，巩固和熟悉HFSS软件的基本功能和应用，在实践中体会软件各部分的操作，建立起完整的仿真设计思路，巩固基本理论知识的学习。第二部分为实例篇，根据工程设计需要，为读者提供了大量的仿真设计实例，这些实例涵盖了软件应用的各个领域，既有基本的设计实例，可以帮助读者进一步熟悉和掌握软件的应用技巧；又有具体的工程设计实例，为不同领域的工程设计人员提供了具体的解决案例。
编著者根据读者学习和工程应用的需要编写此书，希望能够为广大读者的学习起到良好的引导作用，为广大读者自学提供一个简捷、有效的途径。限于时间和编著者的水平，书中难免存在疏漏和不足，恳请广大读者批评指正。
最后，谨以此书献给我的宝贝女儿，希望她健康快乐地成长！
冯奎胜 
2013年8月

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