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1.1 HFSS簡介

    HFSS 是美國 Ansoft 公司開發的全波三維電磁仿真軟件，該軟件采用有限元法，計算結 果準確可靠，是業界公認的三維電磁場設計和分析的工業標準。 HFSS 采用標準的 Windows 圖形用戶界面，簡潔直觀；自動化的設計流程，易學易用； 穩定成熟的自適應網格剖分技術，結果準確。使用 HFSS，用戶只需要創建或導入設計模型， 指定模型材料屬性，正確分配模型的邊界條件和激勵，準確定義求解設置，軟件便可以計算 輸出用戶需要的設計結果。 HFSS 具有精確的場仿真器，強大的電性能分析能力和后處理功能可以用于分析、計算 并顯示下列參數。

• S、Y、Z 等參數矩陣。 電壓駐波比（VSWR）。
• 端口阻抗和傳播常數。 電磁場分布和電流分布。
• 諧振頻率、品質因數 Q。
• 天線輻射方向圖和各種天線參數，如增益、方向性、波束寬度等。
• 比吸收率（SAR）。
• 雷達反射截面（RCS）。

    經過二十多年的發展，現今 HFSS 以其無與倫比的仿真精度和可靠性、快捷的仿真速度、 方便易用的操作界面、穩定成熟的自適應網格剖分技術，已經成為三維電磁仿真設計的首選 工具和行業標準，被廣泛地應用于航空、航天、電子、半導體、計算機、通信等多個領域， 幫助工程師高效地設計各種微波/高頻無源器件。借助于 HFSS，能夠有效地降低設計成本， 縮短設計周期，增強企業的競爭力。HFSS 的具體應用包括以下 8 個方面。

    1．射頻和微波無源器件設計 
    HFSS 能夠快速精確地計算各種射頻/微波無源器件的電磁特性，得到 S 參數、傳播常數、 電磁特性，優化器件的性能指標，并進行容差分析，幫助工程師們快速完成設計并得到各類 器件的準確電磁特性，包括波導器件、濾波器、耦合器、功率分配/合成器、隔離器、腔體和 鐵氧體器件等。

    2．天線、天線陣列設計 
    HFSS 可為天線和天線陣列提供全面的仿真分析和優化設計，精確仿真計算天線的各種 性能，包括二維、三維遠場和近場輻射方向圖、天線的方向性、增益、軸比、半功率波瓣寬 度、內部電磁場分布、天線阻抗、電壓駐波比、S 參數等。

    3．高速數字信號完整性分析
    隨著信號工作頻率和信息傳輸速度的不斷提高，互聯結構的寄生效應對整個系統的性能 影響已經成為制約設計成功的關鍵因素。MMIC、RFIC 或高速數字系統需要精確的互聯結構 特性分析參數抽取，HFSS 能夠自動和精確地提取高速互聯結構和版圖寄生效應，導出 SPICE 參數模型和 Touchstone 文件（即.snp 格式文件），結合 Ansoft Designer 或其他電路仿真分析 工具去仿真瞬態現象。

    4．EMC/EMI 問題分析 
    電磁兼容和電磁干擾（EMC/EMI）問題具有隨機性和多變性的特點，因此，完整的“復 現”一個實際工程中的 EMC/EMI 問題是很難做到的。Ansoft 提供的“自頂向下”的 EMC 解 決方案可以輕松地解決這個問題。HFSS 強大的場后處理功能為設計人員提供豐富的場結果。 整個空間的場分布情況可以以色標圖的方式直觀地顯示出來，讓設計人員對系統的場分布全 貌有所認識；進一步通過場計算器（Field Calculator），可以給出電場/磁場強度的最強點，并 能輸出詳細的場強值和坐標值。

    5．電真空器件設計 
    在電真空器件如行波管、速調管、回旋管設計中，HFSS 本征模求解器結合周期性邊界 條件，能夠準確地仿真分析器件的色散特性，得到歸一化相速與頻率的關系以及結構中的電 磁場分布，為這類器件的分析和設計提供了強有力的手段。

    6．目標特性研究和RCS 仿真 
    雷達散射截面（RCS）的分析預估一直是電磁理論研究的重要課題，當前人們對電大尺 寸復雜目標的 RCS 分析尤為關注。HFSS 中定義了平面波入射激勵，結合輻射邊界條件或 PML 邊界條件，可以準確地分析器件的 RCS。

    7．計算SAR 
    比吸收率（SAR）是單位質量的人體組織所吸收的電磁輻射能量，SAR 的大小表明了電磁輻射對人體健康的影響程度。隨著信息技術的發展，大眾在享受無線通信設備帶來的各種 便利之時，也日益關注無線通信終端對人體健康的影響。使用 HFSS 可以準確地計算出指定 位置的局部 SAR 和平均 SAR。

    8．光電器件仿真設計
    HFSS 的應用頻率能夠達到光波波段，精確仿真光電器件的特性。