復雜無源器件Ansoft Designer和HFSS協同仿真解決方案

    當電磁場仿真被設計者廣泛接受后，我們進一步需要把這種技術應用到各種需要精確仿真求解的更大規模的設計問題中。這里就產生了一對速度與精度之間的矛盾，因為我們知道 電路仿真速度是很快的，傳統的仿真方法一般都是基于等效電路的。我們希望有一種切實可行的解決方案：能提供快速、具有電磁精度、且求解問題的規模不受限制。

    因為作為工程設計軟件，僅僅解決求解精度問題是不夠的，更重要的是能夠提供一種高效率的、可操作性 強的設計流程。“場路結合、協同仿真”的思路就是基于這種實際工程中的需求而產生的。

    Ansoft 提供的這套復雜無源器件仿真的解決方案如下圖所示：

    首先，一個復雜的無源器件被拆分成若干基本單元，對于每個基本單元在 HFSS 中建立三維模型進行電磁場仿真和參數化掃描。參數化掃描的目的是為了后面將要進行的自動優化設計提供基本數據。在經過合理的劃分基本單元之后，每個單元通常都是結構簡單且電尺寸小。對于這樣的結構，在HFSS 中很容易就能得到收斂的仿真結果。在這一步，我們充分利用了場仿真的精度為后面提供了精確的基礎數據源。

    接著，HFSS 中的基本單元通過場到路的“協同仿真”鏈接到Ansoft Designer 的電路設計原理圖中。這樣以來，整個復雜器件的導波特性由電路仿真完成，電路原理圖中的元件即為HFSS 中的基本單元。

    然而，如果“協同設計”僅僅停留在擬合S 參數文件進行電路仿真的層面上，就只能用于設計驗證，而不能用作設計。因為當仿真結果達不到設計指標時，我們無法對模型進行優化—顯然在電路仿真層面上，只剩下基本元件的S 參數，所有三維結構信息全部都丟失了，因而想要無法實現了對整個結構進行電路級的優化――如果應用不同廠家的電磁場仿真器和電路仿真器就必然面臨這種情況。

    Ansoft 協同設計軟件包的最大優勢在于它同時包含強大的三維電磁場仿真工具HFSS 和電路仿真工具 Ansoft Designer，當 HFSS 中的基本單元以元件的形式插入Ansoft Designer 的電路設計原理圖時，除了S 參數之外，所有的變量（如尺寸、材料特性）和參數化掃描結果都可被動態鏈接進來，從而為基于電路仿真的優化設計提供基礎數據。在Ansoft Designer中進行優化時，即使是 HFSS 中參數化掃描沒有的點，也可以由插值算法得到，整個器件的 優化過程可以直接在電路級進行。

    在電路級完成整個器件的優化后，原理圖還可以通過腳本直接輸出到 HFSS 進行驗證，從HFSS 中輸出三維模型到機械 CAD 軟件。

    并且，針對幾種波導器件類型， 如 Iris 波導濾波器、腔體濾波器和分支線耦合器，Anosft 還可提供給Ansoft Designer 用戶波導器件庫。器件庫不僅包含所有元件的 HFSS 模型，還有幫助實現設計自動化的腳本文件，并且支持 DOE的設計方法。

    接下來我們看幾個應用這種解決方案設計復雜無源器件的實例。