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本书讲解了HFSS操作方法，并提供了大量的工程设计实例，分为基础篇（1～6章）和实例篇（7～21章）。基础篇包括HFSS功能概述、HFSS建模操作、网格划分设置、变量设置与调谐优化、仿真结果输出，以及HFSS与其他软件的联合、数据输入/输出等；实例篇包括PCB微带线、微带滤波器、腔体滤波器、介质滤波器、功分器、耦合器、微带天线、GPS/北斗天线、键合线匹配、SMA头、LTCC、DRO、频率选择表面的设计与仿真。

目    录
基  础  篇
第 章  HFSS功能概述	1
1.1  概述	1
1.2  HFSS功能特点	2
1.3  HFSS基础知识	5
1.4  HFSS的边界条件	7
1.5  HFSS中的激励源	10
1.6  HFSS仿真常用设置	12
1.7  本章小结	14
第 章  HFSS建模操作	15
2.1  建模相关自定义选项的设置	15
2.2  基础参数化建模	18
2.3  建模操作几何变换	25
2.4  坐标系的选择	30
2.5  创建3D几何模型实例	34
2.6  HFSS高级建模	36
2.7  本章小结	38
第 章  网格划分设置	39
3.1  有限元简介	39
3.2  设置求解频率	39
3.3  收敛误差	44
3.4  查看网格剖分情况	45
3.5  高级网格设置	47
3.6  应用网格设置	48
3.7  本章小结	48
第 章  变量设置与调谐优化	49
4.1  变量	49
4.1.1  变量类型	49
4.1.2  变量定义	50
4.1.3  添加、删除和使用变量	51
4.2  调谐分析	54
4.3  统计分析	55
第 章  仿真结果输出	56
5.1  回波损耗S11	56
5.2  输入阻抗Zin	58
5.3  导纳Y	59
5.4  Smith圆图	60
5.5  电压驻波比VSWR	62
5.6  方向图	63
5.6.1  二维增益方向图	63
5.6.2  三维方向图	67
5.7  数据及图形的输出	69
5.8  本章小结	71
第 章  HFSS与其他软件的联合	72
6.1  HFSS与 Ansoft designer的协同仿真	72
6.1.1  新建工程设置	72
6.1.2  模型建立	73
6.1.3  端口和边界条件的设置	77
6.1.4  仿真和参数扫描设置	79
6.1.5  Ansoft designer 模型导入	81
6.1.6  HFSS模型的使用	84
6.1.7  Ansoft designer 仿真设置	88
6.2  HFSS模型的导出与导入	90
6.2.1  HFSS平面模型的导出	90
6.2.2  HFSS三维模型的导出和导入	94
6.3  HFSS数据的导出与导入	97
6.3.1  常用图表数据文件的导出与导入	97
6.3.2  sNP数据文件的导出和导入	99
6.4  HFSS与Matlab之间的联合仿真	103
实  例  篇
第 章  PCB微带线仿真	107
7.1  微带线特性阻抗的仿真分析	107
7.2  不连续性对微带线影响的仿真分析	107
7.3  差分特性阻抗仿真	129
第 章  Ku波段微带发夹线滤波器仿真	147
8.1  微带滤波器基本原理	147
8.1.1  微带线谐振器	147
8.1.2  耦合系数矩阵及滤波器的拓扑结构	147
8.1.3  外部品质因数	148
8.2  设计目标	150
8.3  整体图形	150
8.4  HFSS仿真步骤	152
8.4.1  谐振器的设计	152
8.4.2  耦合系数与谐振器间距的关系	164
8.4.3  外部品质因数与抽头位置的确定	166
8.4.4  滤波器的设计和优化	167
8.4.5  滤波器的优化仿真	180
8.5  本章小结	184
第 章  介质滤波器	185
9.1  滤波器指标要求及设计思路	185
9.1.1  滤波器指标要求	185
9.1.2  设计思路	185
9.2  用MWO（Micro Wave Office）确定滤波器的阶数	186
9.3  MWO（Micro Wave Office）路仿真	189
9.3.1  设置Project Options	189
9.3.2  绘制原理图	189
9.3.3  新建Graph	192
9.3.4  设置优化目标及分析	194
9.4  HFSS建模	196
9.4.1  新建工程	196
9.4.2  新建空气腔体	196
9.4.3  新建陶瓷块	198
9.4.4  新建内导体	202
9.5  新建外导体	204
9.5.1  新建下表面外导体	204
9.5.2  新建左右表面外导体	205
9.5.3  新建前后外导体	207
9.5.4  新建I/O Port	208
9.6  HFSS设置变量	209
9.7  HFSS设置边界条件	211
9.8  HFSS设置求解分析	213
9.9  HFSS优化	217
9.9.1  计算合适的滤波器长度	217
9.9.2  分析计算合适的耦合	221
9.9.3  联合分析计算合适的耦合与长度	223
9.9.4  微调	226
9.9.5  设置优化目标自动优化	228
9.9.6  小型化	231
9.10  实物测试与仿真结果比较	233
9.11  本章小结	234
第  章  腔体滤波器的设计与仿真	235
10.1  腔体滤波器结构的预估	235
10.2  谐振单元和耦合系数的仿真	238
10.2.1  谐振单元仿真	238
10.2.2  耦合系数的仿真	252
10.3  全波滤波器的建模与仿真	266
10.3.1  全波滤波器的建模	266
10.3.2  全波滤波器的仿真计算	272
10.4  本章小结	276
第  章  微带一分四功分器的设计与仿真	277
11.1  微带T型功分器的基本原理	277
11.2  微带T型功分器的HFSS建模分析	277
11.3  查看并分析HFSS仿真结果	300
第  章  微带定向耦合器设计与仿真	305
12.1  X波段微带定向耦合器设计要求	305
12.2  HFSS建模步骤	305
12.3  仿真	316
12.4  改善方向性	321
第  章  宽带非对称多节定向耦合器设计	330
13.1  非对称多节定向耦合设计原理与HFSS设计概述	330
13.1.1  非对称多节定向耦合器设计概述	330
13.1.2  HFSS设计环境概述	331
13.2  创建非对称定向耦合器模型HFSS环境	332
13.3  创建非对称多节定向耦合器模型	332
13.3.1  设置默认的模型长度单位	332
13.3.2  建模及边界设置相关选项设置	333
13.3.3  建模介质基板	334
13.3.4  建模非对称多节耦合器	337
13.4  非对称多节定向耦合边界条件和激励	350
13.4.1  非对称多节定向耦合器边界条件	350
13.4.2  非对称多节定向耦合器激励设置	351
13.5  非对称多节定向耦合HFSS求解设置	357
13.5.1  求解设置	357
13.5.2  扫频设置	357
13.6  检查和运行仿真分析	358
13.7  查看仿真结果	358
13.8  参数扫描分析	360
13.9  优化变量设置与分析	362
13.10  最终结果与导出版图	365
13.11  本章小结	368
第  章  侧馈/同轴馈电矩形微带天线设计	369
14.1  天线尺寸计算	369
14.2  HFSS软件建模	370
14.3  同轴馈电矩形微带天线仿真实例	387
第  章  微带八木天线设计与仿真	395
15.1  微带八木天线理论	395
15.2  设计目标	398
15.3  设计的整体图形	398
15.4  HFSS仿真步骤	398
15.5  本章小结	414
第  章  GPS北斗双模微带天线设计与仿真	415
16.1  设计指标要求	415
16.2  设计方案	415
16.3  初始尺寸计算	417
16.4  新建HFSS工程与设计	418
16.5  模型创建	418
16.6  求解和扫频设置	431
16.7  设计检查和运行仿真分析	433
16.8  查看回波损耗	434
16.9  查看Smith圆图结果	434
16.10  参数扫描分析	435
16.11  查看调整后的天线性能	440
16.12  本章小结	447
第  章  DRO谐振器设计与仿真	448
17.1  DRO设计原理	449
17.2  谐振腔体设计	449
17.2.1  新建HFSS工程	449
17.2.2  谐振腔体建模	450
17.2.3  建立圆柱形谐振腔体模型	450
17.2.4  设置边界条件和激励	453
17.2.5  求解设置	454
17.2.6  检查设计和仿真	454
17.2.7  查看仿真结果	455
17.3  10GHz DRO实例仿真	459
17.3.1  建立仿真模型	459
17.3.2  添加材料	462
17.3.3  设置边界条件和激励	463
17.3.4  求解设置	466
17.3.5  检查设置和运行仿真	466
17.3.6  查看仿真结果并分析	467
17.3.7  优化设计	469
17.3.8  导出仿真数据	472
第  章  SMA头端接50欧微带线仿真	474
18.1  射频同轴连接器简介	474
18.1.1  连接器常见的几种安装方式	474
18.1.2  可拆卸式SMA连接器的模型及原理分析	475
18.2  可拆卸式SMA连接器的HFSS模型和设计指标	476
18.2.1  HFSS模型整体图形	476
18.2.2  可拆卸式SMA连接器HFSS模型参数	476
18.2.3  技术指标要求	477
18.3  HFSS仿真实例：Ku波段可拆卸式SMA接头转50欧姆微带线仿真	477
18.3.1  新建HFSS工程	477
18.3.2  创建50欧姆微带线模型	479
18.3.3  创建玻璃绝缘子模型	482
18.3.4  设置端口和求解、运行仿真并查看结果	489
18.3.5  设置参数扫描并查看结果	494
18.4  本章小结	497
第  章  键合线与PCB互连匹配电路设计	498
19.1  基本原理	498
19.2  设计目标	500
19.3  HFSS设计步骤	501
19.4  本章小结	522
第  章  LTCC无源器件的设计与仿真	523
20.1  LTCC技术概述	523
20.1.1  LTCC的概念	523
20.1.2  LTCC的技术特点	524
20.1.3  LTCC的应用领域	525
20.1.4  LTCC的工艺流程	525
20.2  LTCC滤波器基本理论	526
20.2.1  LTCC滤波器	526
20.2.2  内埋置电感	528
20.2.3  内埋置电容	529
20.2.4  梳状线结构的带状线滤波器理论	530
20.2.5  LTCC中的带状线	531
20.3  LTCC滤波器设计与仿真	532
20.3.1  三维模型	533
20.3.2  求解设置	546
20.3.3  仿真分析	556
20.3.4  参数扫描	559
20.4  本章小结	566
第  章  频率选择表面仿真	567
21.1  频率选择表面基本理论	567
21.2  设计目标和整体图形	568
21.3  HFSS设计步骤	568
21.4  本章小结	583

前    言
现在的产品设计，不管是结构制图，还是电路板的设计，以及电子电路仿真都离不开新兴的EDA软件。作为射频工程师，必须掌握两种以上电路仿真设计软件：对电路仿真而言，具有代表性的是Keysight 的 ADS软件；对于场仿真、结构类微波器件的仿真而言，具有代表性的是Ansys的 HFSS。目前这两款软件在企业、高校及研究所有着非常广泛的应用。
Ansys HFSS 软件是三维全波电磁场仿真的行业标准。HFSS 无与伦比的精度、先进的求解器和计算技术使得它成为高频和高速电子元件设计工程师的必备工具。HFSS提供了众多基于有限元、积分方程和高级混合方法的最先进求解器技术，可求解多种微波、RF和高速数字应用。
本书采用较新的HFSS15版本作为平台，按照软件仿真设计的顺序流程，由浅入深、从功能介绍到工程应用，系统讲解了HFSS用于射频微波电路设计的方法。目前市面上有不少HFSS的书籍，但是学完只掌握了软件的基本操作，为了能让读者快速掌握这款实用软件并运用工程设计，编者组织了一批有设计经验的射频工程师编写此书，做到理论、仿真、实际相结合，并将书中部分案例做出实物且进行了测试对比，工程性非常强。
该书有21章，分为基础篇和实例篇：
基础篇（1～6章）： 内容包括HFSS基本功能、建模、网格、变量设置、调谐优化、仿真结果和数据输出，以及HFSS和第三方软件的结合。
实例篇（7～21章）：内容包括微带线、微带滤波器、腔体滤波器、介质滤波器、功分器、耦合器、微带天线、GPS/北斗天线、键合线匹配、SMA头、LTCC、DRO、频率选择表面的设计与仿真。
编者根据在校学生及工程师应用需要编写此书，提供大量的仿真设计实例，希望能起到抛砖引玉的作用。最后非常感谢电子工业出版社方面给予的建议及各个方面的支持，同时对本书参考Ansys公司和网上较多文献资料，在此一并表示感谢！
由于编者水平有限，书中错误在所难免，希望各位同行批评指正（电子邮件bruce_xuxf@
126.com）。

编  者
2015.3.5

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