ANSYS HFSS基础：添加求解器和求解设置全攻略

基于Ansys Electronics Desktop2021R1 HFSS模块。

一. 设置求解器类型

设置方法："HFSS-Solution type"。

求解类型定义了计算结果的类型、激励定义、收敛等，

· 驱动解决方案 Driven

1. 模式驱动（Modal）

用来计算无源高频结构的S参数，如微带、波导和由源驱动的传输线，能对应绝大部分仿真场景。根据导波内各模式场的入射功率和反射功率来计算S参数矩阵的解。

2. 终端驱动（Terminal）

用于计算单或多导体传输线端口的无源、高频结构基于终端的S参数。对于包含多种传输线，如共面波导，同轴线，求解处理信号完整性上，终端驱动模式应用比较多。求解的S参数是根据终端的电压和电流得到的。如仿真共面波导或平行微带传输线时，用模式驱动求解得到的是沿着结构传输的奇偶模，而终端驱动求解的是共模和差模。

3. 瞬态求解（Transient）

用于计算时域问题。它使用时域（瞬态）求解器。对于瞬态，选择 Composite Excitation 或 Network Analysis，设置包括一个用于模拟的输入信号选项卡，支持共形的非均匀四面体网格和自适应网格加密技术。

典型的瞬态应用包括：

1）采用脉冲激励类型的仿真、如超宽带天线、雷击、静电放电；

2）短时激励下的瞬态场的可视化;

3）时域反射测量TDR。

· 无驱动解决方案 None Driven

1. 本征模（Eigenmode）

用于谐振问题的设计分析，可以用于计算谐振结构的谐振频率、场分布及无载Q值。本征模的设计不能包含依赖于频率的设计参数，例如与频率相关的阻抗边界条件。

注意：1）不需要设置激励方式；2）不需要定义辐射边界条件；3）不能进行扫频分析；4）不能包含铁氧体材料；5）只有场解结果，没有S参数求解结果。

2. 特征模式求解（Characteristic Mode）

用于计算结构的特征模式。结构可以是金属的，也可以是介质的。该解决方案报告了模式数、特征角和电流（安培/米）、模态意义和质量因子，以及基于编辑源加权的每个端口电压。指定最小模态意义（默认为0.02）。收敛是基于最大E，而不是最大S（默认为0.02）。

注意:1）只支持离散扫描；2）只支持CMA求解器；3）只允许无损耗的边界；4）有限导电性边界是允许的，但被转换为无损；5）半空间边界不允许。

3. 弹跳射线法求解（SBR+）

此选项简化了SBR用户的设计创建。HFSS 可以使用Savant（SBR）技术，不需要指定显氏SBR混合区域。

(PS:基本没用过，不了解)

二. 添加求解设置

添加步骤："Analysis-Add Solution Setup"设定求解值，包括：

1.频率 2.最大自适应求解次数及收敛标准

自适应求解：

Maximum Number of Pass：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。若仿真结束都未达到收敛标准，可适当增大迭代次数。如由原来的6增大为10，15。

Maximum Delta S per Pass：该数值定义了自适应网格剖分程序的收敛标准，通常ΔS 默认值0.02，实际设置为0.02、0.01完全足够了。

3. 添加扫描

鼠标右键点击"Analysis-setup"，Sweep窗口就会弹出。

Sweep type：

• Discrete（离散扫频）

使用当前网格，在每个频点执行完整求解。所需的时间为单频求解时间×频点数 ，如果钩选了 Save Fields 框，那么可以显示扫描范围内任意频率的场。

• Fast（快速扫频）

使用 ALPS（Adaptive Lanczos-Pade Sweep），由中心频率的求解信息外推到整个带宽从而完成求解。这对求解高Q设备非常有利，但对于求解有截止频率的设备是没什么帮助。一旦带宽外推，将被计算很多个频点。另外，也可以显示扫描范围内的任意频率的场。使用快速频率扫描所需要的时间和内存也要比使用单频求解要多的多。一般选择频带中心频率作为自适应网格剖分频率,进行网格剖

• Interpolating（插值扫频）

在适合使用Interpolating的频点完成求解。AnsoftHFSS根据连续两次pass插值误差确定求解频点。用户可以在Edit Sweep中定义插值误差和最大点数。和快速频率扫描相比，Interpolating 扫描可以产生更多数量的频点，但你只能获得最后一个频点的场信息。最大求解时间是单频求解时间×最大频点数

Frequency setup:

• Linear Step－以固定步长指定频率值的线性范围
• Linear Count－在变量范围内指定数值的线性范围、频率点数
• Single Points－指定单点频率作为扫描定义

网格剖分选项：

单击 Oplons 选项卡，设置网络部分相关选项，如下图所示：

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 个这长，这个波长是基于前面设置的白适应网格剖分频率计算的

Use Free Space Lambda: 进中该项表示在初始网部分过程中，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(助组织夜或盐水）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，每次迭代后，网格数量最多增加的百分比。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: 白适应网格剖分时，每次迭代过程前后，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: 白适应网格剖分时，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，在达到收效标准后，还需要继续进行的选代次数。

Solution Options 栏：

Order of Basis Function: 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，高阶基函数拥有更多的未知量，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)

lterative Solver: 选中该项后，HFSS会使用送代求解器对良态阵进行求解，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，该项不适用于Zero Order。

Relative Residual用来设置选代求解器的收敛误差标准，一般取默认值 0.0001，