Ansoft HFSS 培训

1）解压缩文件

2) Install HFSS 9.2 and Scap 5.5

3) Apply crack, copy license.lic to 安装HFSS下的\\Admin\\中

第二章创建项目

本章中你的目标是：

√创建一个新项目。

√把一个新的HFSS设计加到已建的项目 √为项目选择一种求解方式 √设置设计使用的长度单位

时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。

一.打开HFSS并保存一个新项目

1. 双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。启动后的程序工作环境如图：

图2－1 HFSS工作界面

1．打开File选项(alt+F),单击New新建一个项目

2．点击project1改名字为hfopt_ismantenna。

1

图2－2 保存HFSS项目

二.加入一个新的HFSS设计

1．在Project菜单，点击insert HFSS Design选项。( 或直接点击

程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSdesign1。

图标。)一个新的工

图2－3 加入新的HFSS设计

2． 为设计重命名。在项目树中选中HFSSdesign1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设

计重命名为hfopt_ismantenna。

2

图2－4 更改设计名

三.选择一种求解方式

1． 在HFSS菜单上，点击Solution Type选项.

2．选择源激励方式，在Solution Type 对话框中选中Driven Mode项。

图2－5 选择求解类型 图2－6 选择源激励方式

设置解算类型：

本节将介绍如何设置解算类型。解算类型决定求解结果的类型，确定如何激励和收敛。HFSS有以下几种解算类型：

1. 模式驱动（Driven Modal）：这种解算类型计算以模式为基础的S参数。根据波导模式

的入射和反射功率表示S参数矩阵的解。

2. 终端驱动（Driven Terminal）: 这种解算类型计算以终端为基础的多导体传输线端口

的S参数。此时，根据传输线终端的电压和电流表示S参数矩阵的解。

3. 本征模（Eignemode）:计算某一结构的本征模式或谐振.本征模解算器可以求出该结构

的谐振频率以及这些谐振频率下的场模式。

3

四.设置设计使用的长度单位

1. 在3D Modeler菜单上，点击Units选项.

2. 选择长度单位，在Set Model Units 对话框中选中mm项。

图2－5 选择长度单位 图2－6 选择mm作为长度单位

第三章构造模型

本章中你的目标是：

√建立物理模型。 √设置变量。

√设置模型材料参数 √设置边界条件和激励源 √设置求解条件

时间：完成这章的内容总共大约要35分钟。

一.建立物理模型

1． 画长方体。

在Draw菜单中，点击Box选项（或直接点击

图标）；

4

图3－1 通过菜单加入一个Box

2． 输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐标为(x=-22.5mm,y=-22.5mm,z=0.0mm); 按下Enter键后输入三边长度：x方向45mm, y方向45mm, z方向5mm。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

图3－2 输入长方体的几何尺寸

3． 设置长方体属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出长方体属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个长方体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个长方体命名为Substate，将其透明度设为0.8。材料在下文统一设置。

设置完毕后，同时按下

ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。（适合

窗口显示）

5

图3－3 设置长方体的各项属性

图3－4 绘出Substate板后的视窗

小技巧： 按下alt键后，旋转鼠标，视图随之旋转； 按下shift键后，移动鼠标，视图随之平移；

4． 画长方形。

在Draw菜单中，点击Rectangle选项（或直接点击

图标）；

6

图3－5 通过菜单加入一个Rectangle

5． 输入长方形参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方形的基坐标为(x=-45mm,y=-45mm,z=0.0mm); 按下Enter键后输入三边长度：x方向90mm, y方向90mm, z方向0mm。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

图3－6 输入长方形的几何尺寸

6． 设置长方形属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出长方形属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个长方形模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个长方形命名为groundplane，将其透明度设为0.8。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。

7

图3－7 设置长方形的各项属性

图3－8 绘出groundplane后的视窗

7. 重复上述画长方形的步骤绘出长方形patch。

参数如下： 名称：patch

长方形坐标基点坐标:

X= -16mm, Y=-16 mm, Z=5mm; x方向(dx)=32mm, y方向(dy)=32mm, z方向(dz)= 0mm。 透明度：0.8

图3－9 绘出patch后的视窗

8

8. 画圆柱体

在Draw菜单中，点击Cylinder选项（或直接点击

图标）；

图3－10 通过菜单加入一个Cylinder

9． 输入圆柱体参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标: X= 0mm, Y= 8mm, Z=0 mm;高: 5mm,半径:0.5mm; 圆柱轴向为z轴. 所以 dx:0.5mm, dy:0mm,dz:5mm

图3－11 输入圆柱体的几何尺寸

10. 设置圆柱体属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出圆柱体属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个圆柱体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆柱体设置名称、材料、颜色、透明度等参

9

数。这里，我们把这个圆柱体命名为feed，将其透明度设为0.8。材料在下文统一设置。 设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。

图3－12 设置圆柱体的各项属性

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图3－13 绘出pad后的视窗

11.重复上述画长方体的步骤绘出长方 体air。 参数如下： 名称: air_box

坐标基点: X= -80.0mm, Y= -80.0mm, Z= -35.0mm

三边长度: X方向: 160.0mm, Y方向: 160.0mm,Z方向: 75.0mm 透明度：0.8

同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图

调整一下。 图3－14 绘出air_box后的视窗

12．画圆形。

在Draw菜单中，点击Circle选项（或直接点击

图标）；

图3－15 通过菜单加入一个Circle

13．输入圆形参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置圆形的圆形基坐标为(x=0mm,y=-8mm,z=0.0mm); 按下Enter键后输入三边长度：x方向1.5mm, y方向0mm, z方向0mm。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

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图3－16 输入长方形的几何尺寸

14．输入圆形属性。

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出圆形属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个圆形模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个圆形命名为port，将其透明度设为0.8。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。

图3－17 设置圆形的各项属性

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图3－18 绘出port后的局部视窗

15．从groundplane中割去port。

在操作历史树中利用ctrl键先选中groundplane, 再选中port；在3D Modeler菜单上，点击Boolean选项,再选择Subtract项。（或直接点击

图标）

注意：出现在Subtract左侧的物体是操作后保留的物体。

选中Clone tool objects before subtract；我们只想在groudplane中裁去和port一样大小的洞，仍需要保留port。

图3－20 通过菜单进行subtract操作 图3－21 subtract对话框

小技巧：点击图标可以选择显示、隐藏物体。

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图3－22 挖去与port相同大小的groundplane（隐去port）

16．画多边形。

在Draw菜单中，点击spline选项（或直接点击

图标）；

图3－23 通过菜单加入一个多边形

17．输入多边形参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入第一个点的坐标为(x=0mm,y=0mm,z=0mm); 按下Enter键后输入第二个点的坐标为(x=6mm,y=0mm,z=0mm); 再按下Enter键后输入第三个点的坐标为(x=0mm,y=6mm,z=0mm); 按下Enter键后输回第一个点的坐标为(x=0mm,y=0mm,z=0mm)。

注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

当所绘曲线闭合后，在绘图区点击鼠标右键，选择Set Edge Type 项，再进入子菜单选择线形为Straight。再次在绘图区点击鼠标右键，选择Done项结束曲线绘制。

图3－24 输入多边形的几何尺寸参数

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图3－25 设置多边形的线形后结束曲线绘制

18．置多边形属性

如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出多边形属性对话框。

在Attribute页我们可以为多边形设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个长方形命名为Chamcut1，将其透明度设为0.8。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。

图3－26 设置多边形的各项属性

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图3－27 绘出多边形Chamcut1后的视窗

19．下面我们把多边形Chamcut1移到边角去。

在操作历史树中选中Chamcut1；在Edit菜单上，点击Arrage选项,再选择Move项。（或直接点击

图标）。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入位移矢量。

位移矢量起点坐标为(x=0mm,y=0mm,z=0mm); 按下Enter键后输入矢量方向大小dx=-16mm,dy=-16mm,dz=5mm..

注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

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图3－28 通过菜单进行Move操作

图3－29 输入多边形移动的位置矢量

图3－29 多边形移动后的位置视窗

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20．复制多边形Chamcut1，并将它移到另一个对角。

在操作历史树中选中Chamcut1；在Edit菜单上，点击Duplicate选项,再选择Around

Axis 项。（或直接点击

图标）。

图3－30从操作历史树选中duplicate操作，around Axis方式

此时出现轴向选择对话框，我们将轴线设为Z轴，旋转角度180deg；我们只需复制一份，连同原来的共2份，所以total设为2.

图3－31轴向选择对话框设置 图3－32为复制的物体改名

复制的物体被自动命名为Chamcut1_1;我们将其分别命名为Chamcut2。具体方法为：在操作历史树中选中Chamcut1_1；在Attribute工作区把Name从Chamcut1_1改为Chamcut2。

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图3－33 Chamcut1被复制后的视窗

21．模仿以上步骤把Chamcut1, Chamcut2从Patch中割去。

但这次不要选中Clone tool objects before subtract；因为我们想在把Patch裁去和Chamcut1, Chamcut2一样大小的角，并不需要保留Chamcut1, Chamcut2。

图3－34减去Chamcut1，Chamcut2角后的总视窗

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至此几何建模完成。

二.设置变量

1．在goundplane中设置变量。

在操作历史树中,点击goundplane前+号将其展开；选中CreatRectangle单击鼠标右键，点击Properties项（或直接在command窗口修改）。

图3－35 从操作历史树选中CreatRect 图3－36 在command 窗口的属性表

修改Position，把原来的-45,-45,0改为glaneStart,glaneStart,0；

图3－37 在goundplane的command 页修改Position

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因为glaneStart变量从来没有定义过，HFSS系统会自动跳出变量定义框。我们将glaneStart定义为-45mm。（注意：不要忘记了写单位mm）。

图3－38 定义变量glaneStart

下一步修改XSize，Ysize；把原来的90mm,90mm改为glaneSize, glaneSize； 定义变量glaneSize为90mm,步骤如上。

图3－39 修改完毕后的goundplane的command 页

2．在substrate中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：

subStart: -22.5mm; subSize: 45mm; subHeight: 5mm; Position: -22.5mm,-22.5mm,0mm-> subStart , subStart , 0mm;

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XSize : 45mm-> subSize; YSize : 45mm-> subSize; ZSize : 5mm-> subHeight.

图3－40 修改完毕后的substrate的command 页

3． 在Patch中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：

PatchStart: -16mm; PatchSize: 32mm;

Position: -16mm, -16mm, 5mm -> PatchStart , PatchStart , subHeight; XSize : 32mm -> PatchSize; YSize : 32mm -> PatchSize;

图3－41 修改完毕后的Patch的command 页

4． 在feed中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下： FeedLocation: 8mm;

Position: 0 mm, 8mm , 0mm -> 0mm , FeedLocation , 0mm;

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Height : 5mm -> SubHeight;

图3－42 修改完毕后的feed的command 页

5． 在port中设置变量。

操作步骤同上，需要设置的变量及其参数如下：

Position: 0 mm, 8mm , 0mm -> 0mm , FeedLocation , 0mm;

图3－43 修改完毕后的port的command 页

6． 在chamCut1中设置变量。

ChamCut1在我们切割后并未消失，而是隐藏在patch的Subtract操作中；在操作历史树中,点击patch前+号将其层层展开直到看到CreateLine(patch－>Chamcut1－>CreatPolyline－>CreateLine)；用鼠标双击CreateLine后，出现线条属性修改窗口。

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图3－44 展开Patch操作可以显示CreateLine项

定义变量ChamSize＝6mm；通过修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长。 原来的第二点坐标[6,0,0]－>[ChamSize,0,0] 原来的第三点坐标[0,6,0]－>[0, ChamSize,0]

具体做法是以此次双击三个CreateLine后，如下图修改线条属性。

图3－45 修改起始点坐标来改变多边形Chamcut1的边长

7． 修改Chamcut1的位移矢量。

在操作历史树中,点击patch前+号将其层层展开直到看到Move(patch－>Chamcut1－>Move)；用鼠标双击Move后，出现位移矢量属性修改窗口。

将其中的Move Vector 从[-16mm –16mm 5mm]改为[patchStart,patchStart, SubHeight];

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图3－46修改Chamcut1的位移矢量

8． 建立变量之间的关系。

在project工作区选择hfopt_ismantenna设计，点击鼠标右键选择Design Properties项。

图3－47从project工作区更改设计变量

此时HFSS系统会弹出变量属性对话框； 将glaneStart设为-gplaneSize/2； 将subStart设为-subSize/2； 将PatchStart设为-patchSize/2； 建立变量联系。

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图3－48建立变量联系

变量设置至此结束。

三.设置模型材料参数

． 设置feed的材料为copper。

在操作历史树中选中feed；点击鼠标右键，选择Assign Material项。出现材料库对话框，选择copper后点击确定。



图3－49通过菜单进行材料分配操作

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

图3－50 材料库对话框

2.模仿以上步骤把Substrate的材料设为Rogers4003。（提示：可用材料名在材料库中搜索） 3. air已被系统默认设置为真空，无需更改。

四.设置边界条件和激励源

． 将air设置成辐射边界条件； 在操作历史树中选中air,单击鼠标右键，进入Assign Boundary选项，点击Raditation选项。此时HFSS系统提示你为此边界命名，我们把此边界命名为air。



图3－51 通过菜单设置边界条件

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

图3－52 为边界条件命名

图3－53 设置air边界条件后的视窗

． 将groundplane和patch设为finite conductivity； 在操作历史树中选中利用ctrl键同时选中groundplane和patch，单击鼠标右键，进入Assign Boundary选项，点击Finite Conductivity选项。此时HFSS系统提示你为此边界命名，使用默认设置即可。



图3－ 通过菜单设置边界条件

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． 为port设置激励源

在操作历史树中选中port,单击鼠标右键，进入Assign Excitation选项，点击Lumped port选项。此时HFSS系统绘自动弹出 Lumped Port :General对话框，我们将名称设为port1,其他接受系统默认值，点击“下一步 ”按钮,进入Lumped Port :Mode页。点击积分线(Integration Line)下的None选项并下拉，选择New Line，会出现Create Line 消息框。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），输入起始点坐标(x=0mm,9.5mm,0mm), 按下Enter键后输入激励源矢量（dx=0mm,dy=-1mm,dz=0mm）。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标



图3－55 为端口设置激励类型

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图3－56—1

图3－56—2



图3－56—3





图3－56—4

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

图3－56—5

图3－56 设置port1激励源的步骤

至此边界条件和激励源已分配完毕。

五.设置求解条件

在Project工作区选中Analysis项，点击鼠标右键，选择Add Solution Setup。

图3－57 在project区设置求解条件

这时会系统会弹出求解设置对话框，我们把参数设为： 点频为4GHz, 最大迭带次数10，最大误差0.02

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图3－58 设置求解条件

在点频基础上进行扫频设定。在project工作区中点开Analysis前的“＋”号，选中点频设置Setup1；点击鼠标右键，选择Add Sweep 项。

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图3－59 在project区设置扫频条件

确定扫频方式为Fast,起始频率为2GHz,终止频率3GHz,分为20份；保留场。注意Type

图3－60 设置扫频条件

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将求解的条件设好后，

我们来看看HFSS的前期工作是否完成，在HFSS菜单下，点击validation check。 （或直接点击

图标）

图3－61 通过菜单进行验证操作

图3－62 通过验证

再次选中Project工作区的Analysis；点击鼠标右键，选中Analyze即可开始求解。 （或直接点击

图标）

图3－63 对问题进行分析

当求解过程结束后，在Message Manager窗口会有相应的提示。

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六：添加S参数：

图3- 添加S参数

图3-65 S参数选项

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S结果：

Ansoft Corporation0.00XY Plot 1Curve InfoHFSSDesign1dB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1 : Sweep1-2.00-4.00dB(S(LumpPort1,LumpPort1))-6.00-8.00-10.00-12.00-14.00-16.002.002.202.40Freq [GHz]2.602.803.00 S11参数曲线

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第四章 优化

本章中你的目标是：

√Parametric求解。 √优化求解

时间：完成这章的内容总共大约要20分钟。

一. Parametric求解

1．选择Project工作区的Optimetrics,点击鼠标右键，选择Add项进而选择Parametric项。或直接点击

图标。

图4－1 在project工作区设置Parametric

此时HFSS系统会弹出变量扫频对话框。

图4－2 添加Parametric变量

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2．点击Add按钮，我们来添加ChameSize和PatchSize两个变量。 首先点击Variable向下三角选择ChamSize， 接着选中Linear count（线性变化）；Start设为5mm,Stop设为7mm；Count为3; 最后点击Add按钮添加变量。 同样选中PatchSize;

接着选中Linear count（线性变化）；Start设为31mm,Stop设为33mm；Count为3。 最后点击Add按钮添加变量。 点击OK后返回。

图4－3 添加ChameSize变量

图4－4添加 PatchSize变量

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3．点击Table页，这里显示了我们刚才设置变量的9种组合选择。

图4－5 变量的组合选择

4．下面我们来定义几个输出变量。

点击Calulations页，点击Add按钮，选择Solution为Setup:LastAdaptive； 点击it Calculation按钮。

图4－6 Calulations页的操作

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此时出现Output Variables对话框；在Name项填入S11mag；在Report Type项选择 Model S Parameter；solution项选择 Setup:LastAdaptive；Category选择 S Parameter,Quantity 选择S(port1,port1),Function选择mag。点击Insert quantity Into Expression把以上所选加入表达式。最后点击Add完成加入变量的操作。

图4－7 加入输出变量S11mag

同样操作加入输出变量AxiaRatio和cost。他们的设置如下：

AxiaRatio：

Name项填入AxiaRatio；在Report Type项选择 Far Fields；solution项选择 Setup:LastAdaptive；Category选择Axia Ratio,Quantity 选择AxiaRatioValue,Function选择。点击Insert quantity Into Expression把以上所选加入表达式。

cost：

Name项填入cost；在Report Type项选择 Far Fields；solution项选择 Setup:LastAdaptive；Category选择Axia Ratio,Quantity 选择AxiaRatioValue,Function选择。点击Insert quantity Into Expression把以上所选加入表达式,并在已经得到的表达式前加入运算号”10×”； 最终表达式为10*log(AxialRatioValue)；

最后点击Done后返回。

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图4－8 加入输出变量AxiaRatio

图4－9 加入输出变量cost

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在Calculation项选择S11mag后点击确定返回。

图4－10 选择S11mag作为输出变量

5．在Project工作区选择ParametricSetup1,点击鼠标右键选择Analyze求解。

图4－11 求解

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6．在Project工作区选择ParametricSetup1,点击鼠标右键选择View Analysis Result查看求得的

图4－12 查看求解结果

图4－13 求解结果（图形解）

图4－14求解结果（表格解）

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结果。

二. 优化求解

1．首先我们定义几个优化变量及其范围。

在project工作区选择hfopt_ismantenna设计，点击鼠标右键选择Design Properties项。

图4－15 从project工作区更改优化变量

此时HFSS系统会弹出变量属性对话框；选择Optimization.在PatchSize右的Include打上勾，并设其最小值为30mm, 最大值为30.5mm；同样设置ChamSize设其最小值为5mm, 最大值为5.5mm。

图4－16 设置优化变量

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． 设一个远区辐射场。

在project工作区选择Radiation，点击鼠标右键选择Insert Far Field Setup项,选择infinite Sphere。

图4－17设置远区辐射场

此时会弹出辐射场特性对话框，我们主要关心Phi=0,Theta=0的情况。所以把接Phi的Stop设为0deg; Theta的Stop设为0deg

图4－18远区辐射场属性对话框

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． 设置优化函数。

选择Project工作区的Optimetrics,点击鼠标右键，选择Add项进而选择optimization项。或直接点击

图标。

图4－19 在project工作区设置optimization

此时HFSS系统会弹出optimization设置对话框。

图4－20optimization设置对话框

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点击add按钮，添加一个优化函数。

选择Solution为Setup1:LastAdptive;calculation为cost.

图4－21选择cost为优化函数

设置Goal为[0,0];(目标函数趋近值)Weight（权值）为[1,1]；Max.No. of(最大迭代步数)为100； Acceptable(可接受误差):0.01。

图4－22设置优化目标

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点击Viariables页，点击Advanced按钮，将 ChamSize和PatchSize的初始点为5.1mm,30.1mm。

图4－23改变变量的初始点

． 在Project工作区选择OptimizationSetup1,点击鼠标右键选择Analyze求解。

图4－24 求解

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7． 查看结果。

在Project工作区选择OptimizationSetup1,点击鼠标右键选择View Analysis Result查看求得的结果。由下图可知当ChamSize=5.256693951196mm;PatchSize=30.10923411285mm时cost（轴比趋于1）达到要求，此时点击apply键即可改变原结构，实现优化。

图4－25 查看求解结果

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