前言

ANSYS Electromagnetics Suite电磁场仿真可帮助用户快速、经济地设计出创新性的电子电气产品。Ansys 软件能够对组件、电路和系统设计的电磁性能进行独立仿真，还可以对温度、振动和其他重要机械效应进行评估。

对于想要从事有关行业的人来说，学会ANSYS Electromagnetics Suite是必不可少的。软件的GUI对应的名称是ANSYS Electronics，我们常说的HFSS从2016的版本开始，已经是ANSYS Electronics中的一个组件。

同时，本文为我自己的学习笔记，是HFSS（ANSYS Electronics）系列的入门的文章，采用的软件版本是ANSYS Electromagnetics Suite 2021 R2。其他文章请点击上方，看我制作的HFSS（ANSYS Electronics）专栏内容。

微带天线

在学习了前面的如何绘制图形，我们需要找一个实例进行练习，来熟悉仿真流程的每一步，而不是过早接触设计。这里选用了一本我不知道名字的书的例子，如下。

使用HFSS设计中心频率为2.45GHz的矩形微带天线，并给出其天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧树脂（FR4 Epoxy）板。

其中，这个天线可由四部分组成，FR4基板，50欧姆馈线，1/4λ 阻抗匹配，辐射贴片（天线）。假设这个天线处于发射状态，信号从波端口加载进去，经过一段50欧姆馈线，到达1/4λ 阻抗转换器，完成阻抗匹配，信号进入辐射贴片，被辐射到空间中。

书本中直接计算给出了各个尺寸，这里我不做详细分析，因为我的目的是为了熟悉仿真流程。

图形绘制

首先先设计好需要用到的变量。

对于基板，设计成3D的形状（Box），对于微带线，设计成平面（Sheet）。

别忘了修改材料。基板设置为FR4。

选中三条微带线，把它们合并。

看图层，这个时候三条微带线已经变成一条了。

参数设置

设置理想导体边界

选中合并后的微带线，右键，选择Perfect E，将这个面变成理想电场导体。

保持默认设置，点击OK即可。

同时，将底面也设置成理想导体。将选择选项调整为选择面。

选中基板的底面，将其变成理想电场导体。

设置辐射边界

做射频仿真需要设置一个空气腔体，要比基板大1/4个波长。对于2.45GHz，设置大于30mm即可。绘制一个Box也就是3D图形，设置好其四周的大小比基板大30mm，但是激励端的位置，空气腔体要贴着基板。

选中绘制好的Box，设置为辐射边界。

默认即可。点击OK确认。

设置端口激励

在设置完边界条件后，需要设置一个信号源，也就是激励。先把坐标改为YZ显示。

如下所示。

在输入端绘制一个矩形，贴着基板。宽度为微带线宽度的八倍，高度为基板高度的八倍。

添加一个Port，用做波形输入。

默认即可，点击下一步。

这里要设置阻抗为50欧姆。点击完成。

仿真设置

接下来是对仿真做一些设置。先要切换到工程目录的窗口。

参数扫描设置

选择添加一个分析。

选择需要的频率，最高扫描次数，还有错误率。

在弹出来的窗口中选择要扫描的频率范围，这里设置成2.45GHz左右各1GHz的频宽，步长设置为0.01GHz。

错误检查

进行错误检查。

基本通过，没有报错，这里的警告是因为空气腔体和基板重合了，这里暂时不管。

结果查看

运行仿真

在Simulation选项卡中，选择Analyze All，即可以仿真。

添加标记

在下面介绍如何查看结果之前，先说明如何在图形中插入一个标记点，查看这个点的数据。就是在菜单中选择添加一个Marker。

选择标记点或数据显示表格，可以在左边看到修改字号的地方。由于高分辨率屏幕下字号会比较小，所以建议调高一点。

S11曲线

仿真后，在工程目录下，右键Results，创建一个基于直角坐标的数据图。

选择S参数中的S11参数，单位为dB。

可以看到S11曲线。通过添加的标记点可以看到，曲线的最低点并不是我们所希望的2.45GHz，而是2.26GHz，值为-21.8dB。

Smith图

同样地，添加一个Smith图。

选择S11参数。

这里显示的是归一化阻抗，可以看出，虚部出现了不匹配的情况。若是要达到完美的匹配，阻抗的实部和虚部必须很接近0，应该要达到10的-2次方级别（即0.01）。

截面增益

查看截面增益。

选择空间范围，和步进。

添加一个结果曲线。

注意，选择刚刚设置的空间范围的对应的名字，即Infinite Sphere 1，选择增益单位为dB。

就可以看到在对应位置的增益曲线了。两条曲线分别为XZ和YZ平面的。

三维增益

单看平面增益还不够，我们还要看三维增益。新建一个空间范围。

注意，此处的名字为Infinite Sphere 2。

新建一个三维结果。

注意，选择刚刚设置的空间范围的对应的名字，即Infinite Sphere 2，选择增益单位为dB。

就能得到结果了。

电场分布

选择基板后，右键，选择查看电场分布。

就能查看电场分布。如果此时没有出结果，那么就点击仿真运行一次，就会出来了。

结果分析

从上面的结果中可以得到，阻抗匹配并不是特别完美，导致谐振频率在2.26GHz，需要进行优化。也就是说，微带线的尺寸要微调，这将在下一篇文章中讲述，如何进行参数扫描分析。

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