HFSS学习笔记 20 求解设置

HFSS学习笔记之求解设置-----------锋锋的快乐小窝

• 添加定义求解设置（Solution Setup）
• $分析一个频点处的S参数和场解$

1、添加和定义求解类型

在HFSS中，添加求解设置的具体操作步骤：
① 从主菜单栏选择【HFSS】【Analysis Setup】【Add Solution Setup】，或者右键单击工程树下的【Analysis】节点，从展开的菜单中选择【Add Solution Setup】，打开“分析设置”对话框，进行求解频率和网格剖分的相关设置，如图1和图2所示

图1 求解频率和网格剖分的相关设置

图2 Solution Setup 对话框

② 单击 Solution Setup 对话框的 General 选项卡，设置求解频率和收敛误差等信息，该选项卡如图2所示

• Setup Name：求解设置名称，默认名字为Setupn，在这里也可以设置其他名称
                        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                       在求解设置完成后，这个名称会自动添加到工程树的Analysis节点下
• Enable 复选框：表示是否激活当前求解设置项
                          ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                         选中后 HFSS 仿真计算时需要分析该求解项，反之不需要
• Solve Ports Only 复选框：表示只计算端口平面场模式
                                        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                       通常用于在运行仿真计算之前确定模式数、模式的场和宽口长度，从而给出正确的端口设置
• Solution Frequency：求解频率或者自适应网格剖分的频率
• Maximum Number of Passes：最大迭代次数
                                               ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                              自适应网格剖分细化的过程在满足收敛误差或达到最大迭代次数时自动终止
• Maximum Delta S：$S$参数收敛误差标准$\Delta S$
• Use Matrix Convergence 复选框：选中后会激活右侧的Set Magnitude and Phase按钮，同时Maximum Delta S 会变成灰色不在生效
                                                    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                                   单击Set Magnitude and Phase，如图3所示，可以设置$S$参数的相位和幅度收敛误差标准，只有二者                                                   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                                   同时收敛，网格剖分完成
  

图3 Matrix Convergence 对话框

③ 单击 Options 选项卡，设置网络剖分相关选项，如图4所示，其中：

• Initial Mesh Options 栏

  • DoLambda Refinement：设置初始网格单元的大小，HFSS自动细分网格以使网格单元的长度满足此处的设置要求
    • 例如，默认的 Lambda 值为0.3333，即要求初始网格单元的长度必须小于 1/3 个波长，这个波长是基于前面设置的自适应网格剖分频率计算的
  • Use Free Space Lambda：选中该项表示在初始网格剖分过程中，忽略物体的材料特性以自由空间的波长作为衡量标准
    • 对于高导电率的介质材料(如脑组织液或盐水》一般选中该项，这样尽管射频信号只能穿透材料表面附近的有限区域，HFSS 仍然能够产生足够多的初始网格

• Adaptive Options 栏

  • Maximum Refinement Per Pass：自适应网格剖分时，每次迭代前后，网格数量最多能增加的百分比。
                                                         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                                     这将保证两次迭代之间的网格数有足够的变化，确保不会收到虚假的收敛信息
                                                         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                                     默认值 30%能满足绝大多数设计的要求
  • Maximum Refinement：自适应网格剖分时，每次选代过程前后，最多能增加的网格数量
                                           ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                        一般不选中该项，以上面Maximum Refinement Per Pass 项设定的百分比作为标准
  • :Minimum Number of Passes：自适应网格分时，无论是否达到收敛标准，必须在完成此处所设定的最小迭代次数之后才能停止网格剖分细化
  • Minimum Converged Passes：自适应网格剖分时，在达到收敛标准后，还需要继续进行的迭代次数

• Solution Options 栏

  • Order of Basis：选择有限元算法的基函数，在其下拉列表中可以选择零阶基函数(Zero Order)、一阶基函数 (First Order) 和二阶基函数 (Second Order)，基函数的选择会影响到前面Lambda Refinement 处默认初始网格大小的设置
    在剖分单元数目相同的情况下，高阶基函数具有更多的未知量，计算结果更加准确
    一般来说,对于结构较为简单的电大尺寸问题，选用高阶基函数可以在较少的剖分单元情况下获得较好的精度
    对于几何结构较为复杂的问题，可以在较为细致的剖分情况下选用低阶基函数来逼近真实解
    HFSS 默认选用的是一阶基函数 (First Order)
  • Enable Iterative Solver：选中该项后，HFSS 会使用选代求解器对良态矩阵进行求解，对于大型问题，这样能极大地降低内存占用和减少计算时间
    Relative 用来设置选代求解器的收敛误差标准，一般取默认值 0.0001
    该项不适合 ZeroOrder 问题

下拉菜单选项	模式/终端驱动求解	本征模求解
Zero Order	0.1$\lambda$	0.1$\lambda$
First Order	0.333$\lambda$	0.2$\lambda$
Second Order	0.666$\lambda$	0.4$\lambda$

图4 Matrix Convergence — Option 对话框

④ 单击选中对话框Advanced 选项卡，其界面如图5所示

• Initial Mesh Options栏
  • Use Current Mesh firom：使用其他设计所生成的网格;选中该复选框后，Options选项卡的 Initial Mesh Options 相关设置不再生效。
• Port Options栏
  • Maximum Delta $Z_0$：设置端口平面自适应网格剖分时的收敛误差标准，用网格细化前端口阻抗$Z_0$的变化百分比来表示
            ~~~~~~~        因为 HFSS 进行全三维解算时是将端口处的场设为边界条件的，所以端口平面网格细分将引起 HFSS 细分整个模型结构的网格
            ~~~~~~~        因此此处收敛误差设定的值如果很小会生成非常复杂且毫无必要的有限元网格，一般取系统默认值2%即可
  • Use Radiation Boundary On Ports：该项只对波端口有效
            ~~~~~~~        选中该复选框后波端口与辐射边界条件相接触的边会自动设为辐射边界条件
            ~~~~~~~        不选中该复选框，则自动设为理想导体边界条件
  • Set Triangles for Wave：端口处的网格剖分细化终止标准
            ~~~~~~~        每个模型端口处的网格都将自适应地细分，直到满足上面Maximum Delta $Z_0$ 处设置的收敛误差标准或者达到所设定的网格剖分三角形个数的上限
            ~~~~~~~        选中该复选框后，在 Minimum 和 Maximum 项输入网格剖分时生成的三角形个数的下限和上限
            ~~~~~~~        如果不选中该复选框，HFSS 将根据端口的设置来确定合理的三角形个数的下限或者上限。

图5 Matrix Convergence — Option 对话框

⑤ 上述各项都设置好了之后，单击【确定】按钮，完成求解设置
     ~~~~     设置完成后，求解设置的名称Setup1会添加到工程树中的Analysis 节点下

2、修改和删除已定义的求解类型

• 对于当前设计中已经添加的求解设置项，用户可以随时修改或删除
• 展开工程树中的【Analysis】节点，选中需要修改或删除的求解设置项，然后单击右键，在弹出菜单中选择【Properties…】操作命令，可以重新打开“求解设置”对话框，对该求解设置项进行编辑修改
• 在弹出菜单选择**【Delete】操作命令，可以删除**当前选中的求解设置项，如图6所示
  

图6 修改和删除求解设置项步骤