求解类型

• 不同的求解类型（Solution Type），对应的求解设置有差别；
• 对于模式驱动（Modal Driven）和终端驱动（Terminal Driven）两种求解类型，求解设置有自动求解设置（Auto Solution Setup）和高级求解设置（Advance Solution Setup）。而其他的两种求解类型（Eigen mode/ Characteristic Mode）只有高级求解设置；
• 高级求解设置中采用不同的求解频率设置，剖分的网格会不同，最终的求解结果也会有所不同。

驱动求解设置（Driven Solution Setup）

自动求解设置（Auto Solution Setup）

基本都是用下面的高级求解设置，自动求解设置略过，有需要可以查看HFSS帮助文档

高级求解设置（Advance Solution Setup）

设置界面的各项参数

General选项卡

General选项卡是设置与自适应求解频率、收敛精度的相关选项。

• Setup name：命名求解设置；
• Enabled：当创建多个求解设置的时候，如果使用analysis all，没有勾选enabled的将不会执行仿真求解；
• Solve ports only：只求解与端口有关的参数，勾选此项后，则仅求解端口平面的激励场模式、端口阻抗和传播常数；通常用于在运行仿真计算之前确定模式数、模式的场和端口长度，从而给出正确的端口设置；
  HFSS calculates the natural field patterns (or modes) that can exist inside a transmission structure with the same cross-section as the port. These 2D field patterns serve as boundary conditions for the full 3D problem.
• Solution frequency：求解频率或者自适应网格剖分的频率；
  • Single frequency在所有求解类型中都存在，而后两种Multi-frequency，Broadband旨在模式驱动的求解类型才存在；
  • 关于这三种求解频率涉及的内容在6.2扫频设置中有详细介绍。
• 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者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
• Use Matrix Convergence：勾选该项后，会激活右侧的Set Magnitude and Phase…按钮，同时Maximum Delta S项变成灰色不再生效；单击Set Magnitude and Phase…按钮，可以分别设置S参数的相位和幅度收敛误差标准，只有两者同时达到收敛时，网格剖分完成；

Options选项卡

Options选项卡是设置与网格剖分的相关选项。

• Initial Mesh Options栏：

  • Do Lambda Refinement：设置初始网格大小，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。例如缺省的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。这个波长对应的是前面设置的自适应网格剖分的频率（Solution frequency）。一般直接勾选use default value；
  • 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，以自由空间波长为衡量标准。对于高导电率的介质材料（如脑组织液或盐水）一般勾选该项，这样尽管射频信号只能穿透材料表面附近的有限区域，HFSS仍能产生足够多的初始网格；

• Adative Options栏：

  • Maximum Refinement Per Pass：自适应网格剖分时，后一次迭代的网格数量比前一次迭代最多能增加百分之多少。这样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。缺省值为30%可以满足大多数的设计要求；
  • Maximum Refinement：该项和上一项同样是设定后一次迭代网格数量比前一次迭代增加多少，只不过该项是以具体网格数量来设置递增量，勾选该项，则上一项会变灰色不再生效；
  • Minimum Number of Passes：最小迭代次数。自适应网格剖分时，无论是否达到收敛标准都必须完成最小迭代次数之后才能停止网格剖分细化。
  • Minimum Converged Passes：最小收敛次数。自适应网格剖分时，达到收敛标准后，还要继续进行迭代，总收敛次数要等于该项值才停止网格剖分细化。
    • 这一项非常重要，就目前接触设计的滤波器来说，存在很多情况不能将其设置为默认值1，举个例子，如下图所示，横轴为迭代次数（Pass），纵轴为收敛标准（Maximum Delta S）当设置为1的时候，在第7次迭代后进行收敛，但此时处于收敛标准的边缘，需要继续进行迭代。同样的对于第9和第10次迭代也是同样情况，一般来说，如果内存充裕，Minimum Converged Passes设置为3即可，当Maximum Delta S下降到0.01以下，也就是HFSS缺省收敛标准的一半时，一般可以认为绝对收敛。
      

• Solution Options栏

  • Order of Basis Functions：选择有限元算法的基函数，在器下拉列表中可以选择零阶基函数（Zero Order）、一阶基函数（First Order）、二阶基函数（Second Order）和混合阶（Mixed 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，其对应关系如下表所示。在剖分单元数相同的情况下，高阶基函数具有更多的位置量，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，使用高阶基函数可以在较少剖分单元的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缺省设置一阶基函数（First Order）；
  • 每当HFSS求解空间电场时，都需要求解一个未知量矩阵Ax=b，HFSS提供了3个求解器来求解矩阵问题：
    • Direct Solver：直接法求解器。HFSS中的传统求解器，非常稳定，可以直接求解并获得矩阵方程的精确解。
      • 该求解器在求解大规模矩阵时小号的内存和时间比较多，适合中等规模的矩阵。
    • Iterative Solver：迭代法求解器。迭代法求解器的工作原理是先“猜测”一个未知量矩阵的解，然后通过递归更新“猜测”，直到误差降低至门限以下。该项不适合Zero Order基函数
      • relative residual：残差。默认值通常为0.001就足够了；
      • 比直接求解器更节省内存和时间，适合大规模矩阵；
      • 注意：应用迭代求解器在求解中等规模矩阵时，也就是替代上述直接法求解器，在内存上可以节省很多内存，但是求解时间上不一定比直接求解器要短！
    • Domain decomposition：区域分解求解器。利用分布式内存并行技术，将网格子域分配到网上多个处理器计算，在求解单个问题时允许在网格上跨节点使用内存。
      • 直白的说，就是在自适应网格细分收敛后，把某一部分网格区域分配到另外一台计算机上进行求解。适合电大尺寸问题的求解，比如飞机上的天线布局等；
  • Enhanced low frequency accuracy：在这些情况下，当您启用增强低频精度时，求解器将被调整为可靠地求解低频。 此外，对于仅具有集总端口和/或电路端口的设计，调整内插扫描以解决更多低频点，以便准确表示非常低频的结果。（机翻）
    • In those cases, when you enable Enhanced low frequency accuracy the solver is tuned to reliably solve low frequencies. In addition, for designs with only lumped ports and/or circuit ports, interpolating sweeps are tuned to solve more low frequency points in order to accurately represent very low frequency results.

基函数	模式/终端驱动求解（Lambda）	本征模求解（Lambda）
Zero Order	0.1	0.1
First Order	0.3333	0.2
Second Order	0.667	0.4
Mixed Order	0.667	0.4

Advanced选项卡

• Mesh Options栏
  • import Mesh：勾选该项后即选用从其他求解设置中导入初始网格。勾选该复选框则自动弹出导入初始网格的相应设置，例如导入的求解设置所在位置、是否连同其他网格处理处理操作一并导入等；（待更新）
  • Set Components for Mesh Fusion：应用于网格融合功能；（待更新）
• Port Options栏：
  • Maximum Delta Z₀：设置端口平面自适应网格剖分时的收敛误差标准，用网格细化前后端口阻抗Z0的变化百分比来表示。因为HFSS进行全三维结算时是将端口处的场设置为边界条件的，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，一般去系统默认值2%即可。
  • Use Radiation Boundary On Ports：该项只对波端口有效。选中该项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 Z₀ 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上限和下限；如果补选中该复选框，HFSS将根据端口设置来确定合理的三角形个数的上下限；
• Fields栏：（待更新）
  • Save Fields：勾选该复选框，代表保存场结果；
    • Save radiated fields only：仅保存辐射场结果；
    • Far field observation domain：选择场观测域（近场或者远场）；
  • Whether to Save fields, and/or whether to save radiated fields only. You must save fields to generate field overlays and reports for near and far fields. To view a port field display, you must save fields. Save fields options also occur for Discrete and Fast Sweeps.

Expression Cache选项卡

• 为自适应收敛指定表达式；（待更新）

• You can specify additional convergence criteria through the use of expressions and output variables. The Max Delta or the Max Percent Delta defined for expression convergence represents the difference in values of the expressions between consecutive adaptive passes. If the difference in the value of the expression between consecutive passes is less than the Max Delta or the Max Percent Delta value this part of the convergence criteria is satisfied.
  • For driven solutions, if the Maximum Delta S, Maximum Delta E, or alternate matrix convergence criteria are achieved in addition to any specified expression convergence criteria, the adaptive analysis stops. Otherwise, the solution continues until the requested number of passes is completed.
  • For eigenmode solutions, if the Maximum Delta Frequency Per Pass criteria is achieved in addition to any specified expression convergence criteria, the adaptive analysis stops. Otherwise, the solution continues until the requested number of passes is completed.

Derivatives选项卡

• Ansys HFSS可以基于参数化的模型进行伴随求导(Derivatives)快速调谐与敏感度分析，通过伴随求导可以
  • 快速的找到正确的变量值，更好理解变量如何影响性能，缩短研发时间；
  • 明确影响最大的参数类别，聚焦于高敏感度的设计参数，让设计变得健壮。
• 参考链接：
  • https://www.jishulink.com/content/post/1204241
  • http://www.mweda.com/HFSS/610.html
  • https://blog.csdn.net/weixin_39689377/article/details/113076479
• 关于如何使用伴随求导分析功能对模型的关键参数进行敏感度分析，可以参考HFSS学习记录——6.3 敏感度分析

本征模求解设置（Eigen Mode Solution Setup）

• 本征模求解一般应用于谐振频率的求解，目前接触到的应用是腔体滤波器的设计、以及波导色散曲线的仿真；

设置界面的各项参数

Gneral选项卡

• Setup Name：命名求解设置；
• Minimum Frequency：最低谐振频率；期望求解的谐振频率需要大于最低谐振频率才能求解出来
• Number of Modes：求解多少个模式的谐振频率；
• Adaptive Solutions栏
  • Maximum Number of Passes：网格自适应收敛的迭代次数；=
  • Maximum Frequency Delta Per Pass表示在Frequency Delta Per Pass中取数值最大的的那一个。
    • Frequency Delta Per Pass的值等于每次迭代（Pass）的频率（F_current）与上一次迭代的频率（F_previous）的差值除以上一次迭代的频率（F_previous）。
    • 需要注意的是这里的差值是相邻两次迭代所有模式的谐振频率都要参与这个计算，所有模式的谐振频率差值都满足这个差值百分比后，停止迭代。
      

Advanced选项卡

• 与前驱动模式求解的设置基本相同，少了一设置项，可参考驱动模式求解的介绍；

特征模求解设置（Characteristic Mode Solution Setup）

• （待更新）