HFSS廣泛地應用于航空、航天、電子、半導體、計算機、通信等多個領域。它具備仿真精度高，可靠性強，仿真速度快，穩定成熟的特點，其自適應網格剖分技術使HFSS成為高頻結構設計的首選工具和行業標準。利用HFSS工具可以高效地設計各種高頻結構，包括射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結構、電真空器件，可用于研究目標特性和系統/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設計成本，減少設計周期，增強競爭力。

  本書主要講解在HFSS中建立微波電路分析和天線仿真分析，然后簡要講述HFSS在信號完整性分析和電磁兼容中的應用。微波電路分析的類型包括魔T、微帶低通濾波器、SIR微帶帶通濾波器、微帶帶阻濾波器、介質諧振器、微帶耦合器等。天線仿真分析的類型包括對稱振子天線、喇叭天線、貼片天線、測試吸收率裝置和端射波導天線陣。在信號完整性分析中的應用包括低壓差分信號差分線模型和非理想接地面模型。在電磁兼容中的應用包括屏蔽體模型和散熱片模型。

  本書適合有志于從事微波、天線設計工作的讀者使用，可作為初學HFSS的入門教材。全書編寫時，采用大量的圖片，方便讀者更快地掌握HFSS的使用方法，本書的光盤配套有全書的所有例子，方便讀者學習。

本書共8章，第1章簡要回顧了微波的相關理論，主要包括電磁場基本理論、微波電路理論和天線理論，然后講述HFSS軟件采用的算法——有限元法的基本原理。第2章主要講解HFSS軟件的特點和工作界面，然后通過微波電路中的一個簡單器件——魔T，講述HFSS的建模、分析和查看結果的方法。第3章主要講解使用HFSS進行建模和分析時依據的原理，如邊界條件、激勵、材料設置、求解設置、網格設定，最后講解HFSS進行優化設計時依據的算法和優化判定條件。第4章主要講解如何使用HFSS進行微波電路仿真分析，主要講解微帶低通濾波器、SIR微帶帶通濾波器、微帶帶阻濾波器、介質諧振器、微波寬帶功分器和微帶耦合器。第5章主要講解如何使用HFSS進行天線建模和仿真分析，主要講解對稱振子天線、喇叭天線、貼片天線、測試吸收率裝置和端射波導天線陣。第6章主要講解HFSS在信號完整性分析中的應用，主要講解低壓差分信號差分線模型和非理想接地面模型。第7章主要講解HFSS在電磁兼容中的應用，主要講解屏蔽體模型和散熱片模型。第8章首先講解HFSS中三種激勵的區別以及三種求解算法的區別，然后講解HFSS建模時的一些有用的規則，最后給出微波器件建模時的一些設計技巧，使讀者能更快更好地建立微波器件模型。

  本書在編寫過程中參考了大量的國內外資料，并且融合了作者在電子科技大學大量的實際研發經驗，結合大量實際分析案例來講解，層層深入到HFSS的高級應用，以求最大限度地為讀者提供實用的HFSS教程，幫助讀者快速掌握HFSS電磁分析技術。

  本書采用的天線術語均按照IEEE（電氣電子工程師協會）有關天線術語的標準定義。附錄光盤中有全書的所有HFSS模型，供讀者學習、工作時參考。使用本節的讀者應具備電磁場理論、微波技術基礎和天線理論知識，最好具備矢量分析、三角函數與特殊函數、微積分和線性代數等數學基礎。

本書由曹善勇編著，在編寫過程中獲得了電子科技大學的相關教師的幫助和指導。此外，參與本書工作的還包括王斌、萬雷、張強林、張賽橋、陳鯤、李曉寧、丁佳、虞志勇、吳艷、杜英、王曉、余松、夏慧軍、陶林、許志清、趙會春等。本書編寫過程中參考了大量的優秀教材，在此表示感謝。

  需要指出，本書力求詳盡地解釋利用HFSS進行電磁場分析的步驟及需考慮的關鍵因素，并提供了所有實例的模型文件。但由于時間倉促，作者水平有限，書中難免有錯漏之處，懇請廣大讀者批評指正。若有問題請發郵件到[email protected]聯系。

前言
 
第1章  微波理論基礎 1
1.1  電磁場基本理論 1
1.1.1  麥克斯韋方程組 1
1.1.2  時諧場的麥克斯韋方程組 2
1.1.3  波動方程及其邊界條件 2
1.2  微波電路基本理論 3
1.2.1  傳輸線理論 3
1.2.2  微波網絡理論 5
1.2.3  平面傳輸線與波導傳輸線 6
1.3  天線基本理論 10
1.3.1  電磁波的傳播 10
1.3.2  天線原理 11
1.3.3  電磁散射 13
1.4  電磁兼容問題 14
1.5  有限元法基本原理 14
1.5.1  有限元方法的原理 14
1.5.2  三維時諧場有限元問題 17
1.5.3  有限元方程組的求解 21
1.6  電磁內問題和外問題的不同處理 23
1.7  本章小結 24
第2章  HFSS快速上手 25
2.1  HFSS的特點和應用領域 25
2.2  HFSS與其他軟件的協同作業 25
2.3  熟悉HFSS工作環境 26
2.3.1  菜單欄 27
2.3.2  工具欄 33
2.3.3  狀態欄 36
2.3.4  Project Manager窗口 36
2.3.5  Properties窗口 37
2.3.6  進度窗口 37
2.3.7  信息管理窗口 37
2.3.8  3D模型窗口 37
2.4  參數化建模 38
2.4.1  模型編輯器用戶界面 38
2.4.2  網格平面 39
2.4.3  活動光標 40
2.4.4  創建并查看簡單結構 40
2.4.5  畫圖概述 42
2.4.6  選擇之前定義的形狀 44
2.4.7  改變視角 47
2.4.8  應用結構的轉換 48
2.4.9  通過布爾運算組合物體 49
2.4.10  局部坐標系統 49
2.4.11  幾何參數 51
2.5  魔T設計快速上手實例 52
2.5.1  Ansoft HFSS 設計環境 52
2.5.2  啟動Ansoft HFSS 53
2.5.3  設置工具選項 54
2.5.4  如何打開一個新工程 55
2.5.5  如何設置解決方案類型
（Set Solution Type） 55
2.5.6  建立3D模型 55
2.5.7  建立波導端口激勵 58
2.5.8  邊界顯示 62
2.5.9  分析設置 62
2.5.10  保存工程 63
2.5.11  分析 64
2.5.12  生成報表 65
2.6  本章小結 70
第3章  HFSS仿真分析基礎 71
3.1  邊界條件設置 71
3.1.1  背景 72
3.1.2  理想導體邊界 72
3.1.3  理想磁邊界 73
3.1.4  輻射邊界 74
3.1.5  理想匹配層
（Perfect Match Layer） 74
3.1.6  有限導體邊界 75
3.1.7  阻抗邊界 76
3.1.8  對稱邊界 76
3.1.9  主從邊界 78
3.1.10  集總RLC邊界 79
3.1.11  分層阻抗邊界 80
3.1.12  無限大地平面 81
3.2  激勵設置 82
3.2.1  波端口 82
3.2.2  波端口激勵 85
3.2.3  集總端口激勵 86
3.2.4  差分對激勵 87
3.2.5  磁偏置源激勵 88
3.2.6  照射波激勵 89
3.3  材料設置 90
3.3.1  相對磁導率 91
3.3.2  相對介電常數 91
3.3.3  電導率 91
3.3.4  介質損耗角正切 92
3.3.5  磁損耗角正切 92
3.3.6  各向異性材料 92
3.4  求解設置 95
3.4.1  輸入輸出端口的處理 95
3.4.2  自適應分析過程 97
3.4.3  單個頻率的解和掃頻解 99
3.4.4  HFSS中求解方法的類型 100
3.4.5  電磁場矢量的求解 101
3.4.6  特性阻抗的計算 102
3.4.7  阻抗乘法器的使用 103
3.5  網格設定 104
3.5.1  手動設置網格 104
3.5.2  表面近似設置 106
3.6  優化計算功能 107
3.6.1  優化方法 107
3.6.2  優化變量和設計空間 107
3.6.3  目標函數 108
3.6.4  線性約束 108
3.6.5  目標權值 108
3.6.6  優化計算中的步長 109
3.6.7  敏感性分析 109
3.6.8  調諧分析 110
3.7  本章小結 110
第4章  微波電路仿真分析 111
4.1  微帶低通濾波器設計 111
4.1.1  基本原理 111
4.1.2  問題描述和分析思路 111
4.1.3  參數設定 112
4.1.4  創建三維模型 115
4.1.5  設置分析 124
4.1.6  計算結果的評價 125
4.2  SIR微帶帶通濾波器設計 127
4.2.1  基本原理 127
4.2.2  問題描述和分析思路 128
4.2.3  參數設定 130
4.2.4  創建三維模型 131
4.2.5  設置分析 145
4.2.6  計算結果的評價 146
4.3  微帶帶阻濾波器設計 152
4.3.1  基本原理 152
4.3.2  問題描述和分析思路 154
4.3.3  參數設定 155
4.3.4  創建三維模型 155
4.3.5  分析設置 168
4.3.6  計算結果的評價 169
4.4  介質諧振器設計 174
4.4.1  基本原理 174
4.4.2  問題描述和分析思路 175
4.4.3  參數設定 177
4.4.4  創建三維模型 177
4.4.5  設置分析 183
4.4.6  計算結果的評價 184
4.5  微波寬帶功分器設計 192
4.5.1  基本原理 192
4.5.2  問題描述和分析思路 193
4.5.3  參數設定 194
4.5.4  創建三維模型 195
4.5.5  設置分析 212
4.5.6  計算結果的評價 213
4.6  微帶耦合器設計 216
4.6.1  基本原理 216
4.6.2  問題描述和分析思路 217
4.6.3  參數設定 218
4.6.4  創建3D模型 218
4.6.5  設置分析 225
4.6.6  計算結果的評價 226
4.7  本章小結 232
第5章  天線仿真分析 233
5.1  對稱振子天線 233
5.1.1  基本原理 233
5.1.2  問題描述和分析思路 234
5.1.3  參數設定 235
5.1.4  建立3D模型 237
5.1.5  設置分析 247
5.1.6  計算結果的評價 249
5.2  喇叭天線 253
5.2.1  基本原理 253
5.2.2  問題描述和分析思路 253
5.2.3  參數設定 254
5.2.4  建立3D模型 255
5.2.5  設置分析 265
5.2.6  計算結果的評價 266
5.3  微帶貼片天線 268
5.3.1  基本原理 269
5.3.2  問題描述和分析思路 270
5.3.3  參數設定 271
5.3.4  建立3D模型 272
5.3.5  設置分析 280
5.3.6  計算結果的評價 281
5.4  吸收率測試模型 284
5.4.1  基本原理 284
5.4.2  問題描述和分析思路 284
5.4.3  參數設定 285
5.4.4  創建3D模型 286
5.4.5  設置分析 299
5.4.6  計算結果的評價 300
5.5  端射波導天線陣 304
5.5.1  基本原理 304
5.5.2  問題描述和分析思路 305
5.5.3  參數設定 306
5.5.4  創建3D模型 307
5.5.5  設置分析 314
5.5.6  計算結果的評價 315
5.6  本章小結 320
第6章  HFSS信號完整性分析 321
6.1  低壓差分信號（LVDS）差分線 321
6.1.1  基本原理 321
6.1.2  問題描述和分析思路 322
6.1.3  參數設定 323
6.1.4  創建三維模型 325
6.1.5  設置分析 332
6.1.6  計算結果的評價 334
6.2  非理想接地面 341
6.2.1  基本原理 342
6.2.2  問題描述和分析思路 343
6.2.3  參數設定 343
6.2.4  創建三維模型 344
6.2.5  設置分析 353
6.2.6  計算結果的評價 355
6.3  本章小結 357
第7章  HFSS在電磁兼容中的應用 358
7.1  屏蔽體 358
7.1.1  基本原理 358
7.1.2  問題描述和分析思路 359
7.1.3  參數設定 359
7.1.4  創建三維模型 361
7.1.5  設置分析 371
7.1.6  計算結果的評價 372
7.2  散熱片 376
7.2.1  基本原理 376
7.2.2  問題分析 376
7.2.3  參數設置 377
7.2.4  創建三維模型 378
7.2.5  設置分析 383
7.2.6  計算結果的評價 384
7.3  本章小結 386
第8章  HFSS分析技巧 387
8.1  求解模式的區別 387
8.2  關于求解的設置 388
8.3  HFSS建模規則 389
8.4  HFSS建模需知 389
參考文獻 392

1. ANSYS SpaceClaim直接建模指南與CAE前處理應用解析 [王偉達 黃志新 李苗倩 編著]
2. FEKO 5.4電磁場分析技術與實例詳解 [閻照文 蘇東林 袁曉梅 編著]
3. FLUENT工程技術與實例分析 [周俊杰 徐國權 張華俊]
4. Ansoft 12在工程電磁場中的應用 [趙博 張洪亮 等編著]