电磁仿真HFSS并行计算配置方案2014_百度文库
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电磁仿真HFSS并行计算配置方案2014|本​文​针​对​典​型​电​磁​仿​真​软​件​A​n​s​o​f​t​ ​H​F​S​S​应​用​特​点​和​计​算​规​模​,​提​供​最​新​计​算​技​术​架​构​的​硬​件​配​置​方​案
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基于ANSYS HFSS 软件的WiFi天线设计与优化
　　近代以来移动通信技术迅猛发展，并且越来越普及，Wi-fi
技术是现代无线通信技术的重要组成部分。微带天线由于其剖面低，方向性好，制作可行性高，成本低，可贴合于物体表面以及容易组阵等特点，受到了很广范的青
睐;因此Wi-fi 技术和微带天线技术是近年来研究的热点。
　　 软件是ANSYS
公司推出的基于自适应网格剖分技术的三维电磁场仿真软件。是目前高频设计的主要设计和分析工具，在射频产品研制过程中正日益发挥着越来越重要的作用。应用 HFSS
软件设计天线可以自动的得到各种天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D 图等。使用ANSYS HFSS 可以计算：
　　1)将结构划分为有限元网格(自适应网格剖分);
　　2)在每一个激励端口处计算与端口具有相同截面的传输线所支持的模式;
　　3)假设每次激励一个模式，计算结构内全部电磁场模式;
　　4)由得到的反射量和传输量计算广义S矩阵。
　　协同其他 ANSYS 系列的仿真软件例如 Ansoft Designer 可以设计各种有源和无源的器件。ANSYS HFSS
是目前微波工程设计的主流软件。如何更好地学习和利用ANSYS HFSS
软件技术，从而充分发挥软件的效率，减小工程设计的劳动程度，提高工程设计效率是目前我们所要解决的主要问题。
　　1 天线模型的计算和分析
　　1.1 天线辐射元的设计
　　用传输线模式法来分析微带天线的辐射原理，设辐射元的长为 L，宽为W，介质基片的厚度为h，现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L
的微带传输线在传输线的两端断开形成开路，由于基片厚度h &&λ，场沿h 方向均匀分布，在宽度W 方向没有变化，而仅在长度L
方向上有变化，在两个开路端，电场均可以分解为垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反因而反相而相抵消，两水平分量所产生的分量
方向产生的远区场相同而同相叠加。微带天线的辐射可以等效为由两个缝隙所组成的二元阵列。宽度W由下式近似取得：
　　通过计算和ANSYS HFSS软件仿真得到单个辐射元的模型和辐射元上的电场分布图如图1-1所示.
　　图1-1 单个辐射元的模型及电场分布
　　1.2 匹配网络的设计
　　本例当中需要用一个3dB的等分功分器来连接两个辐射元和外部激励。功分器为一个三端口网络，如图1-2所示，设输入端电阻为Z1，两个输出端的电阻为
Z2和Z3，因为是等分功分器结构是对称的，所以Z2和Z3 相等，为使端口1和端口2、3之间无反射，根据传输线原理，应使
　　为了不发生反射，所以Zin1∥Zin2=Z1 。在微带线中不同的线宽对应着的不同的阻抗，根据上述换算关系在 ANSYS
HFSS上建立了3维模型，通过ANSYS HFSS对三端口散射参数的计算优化确定了功分器的外型
　　图1-2 功分器原理示意图 图1-3 基于ANSYS HFSS的功分器建模
　　1.3天线整体的设计
　　有了辐射元和匹配网络的设计，对于整体而言就是二者的结合，结合实际要求，通过利用ANSYS HFSS
软件进行一系列的仿真优化，最后选取了用双层微带阵列的结构。
　　图1-4 优化后的天线模型及辐射元电场分布
　　2 天线模型的优化结果分析
　　在天线设计的指标中，辐射方向、工作带宽、辐射增益、电压驻波比VSWR 以及输入端口的行波反射系数 S11是必须考虑的几个重要方面。ANSYS HFSS
软件基于自适应网格剖分技术，用户可以很方便的设置材料类型、边界条件和物理尺寸对任意的三维模型进行全波分析求解，进行求解分析。ANSYS HFSS
软件可以计算出各种主要的天线设计参数。
　　2.1 天线增益参数的分析
　　天线的辐射方向和增益可以表征天线辐射能量的集束能力和天线从传输线获得的输入功率转化成辐射功率的效率，不仅关系到电磁波传输的方向范围和距离范围，而且关系到天线的发射能力和接收灵敏度。在微带天线中影响天增益的因素包括以下几个方面
　　1 介质基板的损耗大小;
　　2 天线辐射的表面波损耗;
　　3 方向性的强弱;
　　4 匹配网络和输入端的匹配情况;
　　5 天线结构的导体损耗。
　　图 1-1 所示结构一为单个辐射元，其介质为材料为Rogers TMM(4) ，相对介电常数为4.5，损耗正切0.002;图1-4
所示结构二为二元天线阵列，相对于结构一有两点不同，一是采用了组阵的方式增强了方向性，增加了发射方向上的增益。二是增加了空气介质层，空气的损耗正切
几乎为0，减小了天线的损耗，也可以增加增益。通过图 2-1 和图 2-2 的对比验证了以上两点。
　　图2-1 单层一元天线增益图 图2-2 双层阵列天线增益图
　　图2-3 单层一元天线二维方向图 图2-4双层阵列天线二维方向图
　　如图2-1和图2-3所示，单层一元天线水平波瓣宽度100度，垂直波瓣宽度95度，增益7.5dB。而图2-2和图2-4所示，双层阵列天线水平波瓣宽度90度，垂直波瓣宽度35度，增益11.2dB。优化的效果还是比较显著的。
　　2.2 天线反射参数的分析
　　在微波电路中，电压和电流由于高频特性的原因已经不能描述电路的特点，并且难以测量。为了表征微波电路的特性需要用能在微波频率下直接测量的散射参数。也
简称S参数，具体到天线领域，由于只需要研究输入端口的情况，只需要散射参数的一种，就是S11参数，表示的是输入端口的反射和入射的比值。普通意义上的
S11和电压驻波比VSWR是可以相互换算的，也就是说有时候S11和电压驻波比VSWR只需要观察一种就可以了，本文选择观察S11。通常S11在实际 意义上不
仅可以表示输入功率的利用率，而且还可以根据不同频率下的S11观察元件的工作带宽。S11越小功率的利用率越大，一般取S11在-15dB以下。
　　本例中的微带天线是一种谐振天线，一般只能工作在谐振频率附近，频带比较窄。为了实际的需要，拓宽微带天线的带宽的研究是当今的一个发展方向。一般情况下
介质板的厚度和介电常数是影响微带天线工作带宽的主要因素。本文通过增加使用空气介质层从而加大介质厚度，对工作带宽的拓宽起到了很好地效果。
　　图2-5 单层一元天线S11参数
　　图2-6 双层阵列天线S11参 推荐电子产品资料[产品资料] [产品资料] [产品资料] [产品资料] [产品资料] [产品资料] [产品资料] [产品资料] [产品资料] [产品资料] 推荐芯片价格表
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[芯片价格][转载]【转】关于HFSS软件的使用
HFSS软件的使用关键有两点： 激励施加 和
边界设定，都在一个窗口下完成。
务必清楚 Wave Port、 Terminal Port 的区别 以及 三根 Line 的区别；
合理施加对于 Port 的设置，不仅是采用什么样的 Port ，还有一个问题要注意，你的 Port
的平面的大小对仿真的影响很大；
Boundary 的设置相对较简单。
HFSS使用心得
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FIT，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，必须对工作作一定的干预。
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，宜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 HFSS8
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<font COLOR="#2F次，对于辐射问题，一般计算<font COLOR="#2F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
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
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。
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怎么算出-1的位模式是1111？
怎么算出-1的位模式是1111？
用十六进制表示为什么是0xFF???
提问者采纳
如果是int型，在电脑上是这样安排的，这int型有16bit，最高位代表符号，0是正数，1是负数例如1就是000012就是
00010-1就是
11111 //-(取反加1)-2就是
11110 //取反为00001 ,+1就是2，-2
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