【干货分享】ANSYS HFSS 软件常见问题解答-第四季

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ANSYS中国几十位工程师根据十几年的工程仿真实践经验，走访了国内众多科研机构，行业精英研发企业，呕心沥血总结了《ANSYS软件常见问题与解答》，涉及结构、流体、热分析、高频、低频、系统与嵌入式软件。此系列涵盖工程仿真应用中遇到的各种问题：包括具体操作步骤、ANSYS软件最新版本的新功能、各种简单高效的设计步骤。

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Wave Port是否只能定义在整个图形的最外面？我发现如果不是这样，HFSS求解报错。

WavePort 是外部端口，HFSS要求WavePort所在的位置处，场只能是单向存在，因此，最好定义在整个图形的最外面，但是，这不是必须的，如果结构上的限制，端口定义的位置不在图形的最外面，或者定义在最外面很麻烦，那么，可以在端口所在的位置加一个物体，物体的大小要使得它的一个面完全覆盖端口，例如，对于同轴线端口来说，如果用一个圆柱体覆盖端口，则圆柱体的直径要大于或等于同轴线介质圆柱的直径，如图1.16所示。物体的材料特性定义为理想导体。如果这样做仍然不方便，对于TEM模的传输线，可以改用Lumped Port会更方便些。

图1.16‍

我们知道，微带线是开放结构，那么，是否一定要用辐射边界条件？仿真时，空气盒子画多大合适？

对于微带结构，虽然带线以上的区域是开放的空间，实际的微带线会有辐射损耗存在，但是，不必采用辐射边界条件，利用软件默认的或定义为PerfectE均可。空气盒子的大小很重要，一般说来，对于理想微带结构，空气盒子的高应为微带线介质高度的十倍，盒子的宽应当保证盒子的侧壁距离微带线的边缘距离是微带线宽度的五倍以上。

如何定义空间相关材料特性？

常规材料的介电常数是标量，即各向同性，但是对于比较复杂的介质材料，其介电常数可能会跟空间位置相关，这个时候需要用张量描述，即：

图 1.18(a)

其中ε1，ε2，ε3分别表示沿着x，y，z坐标轴方向的相对介电常数，在HFSS中可以设置各向异性材料，设置的方法是首先选中材料物体模型，右键，选择Assign Material，在弹出的定义选择对话框的左下角选择New/Edit Material，如图1.18（b）所示：

图1.18(b)

之后在编辑对话框中介电常数对应的Type栏选择Anisotropic，并在下面输入T（1,1），T（2,2），T（3,3）的数值即可，如图1.18（c）所示，这三个值分别对应ε1，ε2，ε3 。

图 1.18(c)

当材料的特性沿某个方向不是固定值，而是随坐标变化，那么可以把这种变化用函数的方式表示出来，如ε2 = 2 8*y，即沿y方向的介电常数随坐标线性变化，可以在属性对话框里输入该表达式，如下图所示，这样就定义了随空间变化的材料。

图 1.18（d）

图 1.18（e）

FEBI边界的大小如何选取？是否也需要遵循lambda/4准则？

FEBI边界属于辐射边界的高级功能，如图1.19所示，在传统辐射边界的设置基础上勾选Model exterior as HFSS-IE domain即可生成FEBI边界。

图1.19 FEBI边界设置

对于强辐射等天线问题，传统ABC辐射边界需遵循距离辐射体lambda/4大小，但ABC辐射边界随入射角增大反射会越来越强。FEBI边界通过有限元法和积分方程法的混合运算，不受入射角大小影响在边界处实现无反射。在计算辐射、散射等问题时，FEBI边界可以完全与结构体共形，也支持凹陷形边界。FEBI无需遵循Lambda/4准则，对于不同的应用边界大小设置不同。如超宽带天线，可设置为距辐射体表面lambda/10（lambda取最低频点），这样可以减少计算空间和运算量，节省时间与资源。而对于包含机载、星载、车载等电大尺寸平台，由于边界大小将影响混合算法的迭代时间和次数，且边界距离载体过近容易人为的造成过于细小的网格，因此边界大小不要设置过小，建议设置约lambda/4距离合适。

对于不同器件的三维曲面，如何设置表面逼近效果，能够在保证精度的前提下，减少计算量？

对三维曲面的表面近似可通过“Surface Deviation”和“Normal Deviation ”来进行约束，其含义如图1.20（a）所示，这两个值越小就意味着采用越多的网格去逼近曲面。HFSS对圆弧面进行网格剖分时的默认圆心角为22.5度，不同器件对曲面的共形逼近精度要求不同，可以通过修改表面近似的设置来生成更加合理的初始网格，从而在确保精度的前提下提高计算效率。

图1.20（b）列举了几种典型具有三维曲面的器件的表面近似设置。对于电感性导体，如键和线、过孔等，直径远小于波长的结构，“Normal Deviation”推荐设置为45度~90度；对于同轴结构，推荐设置为22.5度～30度，即使用HFSS的默认设置即可；对于圆波导，推荐设置为10度～15度；谐振器和谐振腔结构对体积最为敏感，因此 “Normal Deviation”推荐设置为5度～15度。

图1.20(a)

图1.20(b)

来源：Ansys

HFSS 材料曲面

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首次发布时间：2022-08-18