复杂无源器件Ansoft Designer和HFSS协同仿真解决方案

    当电磁场仿真被设计者广泛接受后，我们进一步需要把这种技术应用到各种需要精确仿真求解的更大规模的设计问题中。这里就产生了一对速度与精度之间的矛盾，因为我们知道 电路仿真速度是很快的，传统的仿真方法一般都是基于等效电路的。我们希望有一种切实可行的解决方案：能提供快速、具有电磁精度、且求解问题的规模不受限制。

    因为作为工程设计软件，仅仅解决求解精度问题是不够的，更重要的是能够提供一种高效率的、可操作性 强的设计流程。“场路结合、协同仿真”的思路就是基于这种实际工程中的需求而产生的。

    Ansoft 提供的这套复杂无源器件仿真的解决方案如下图所示：

    首先，一个复杂的无源器件被拆分成若干基本单元，对于每个基本单元在 HFSS 中建立三维模型进行电磁场仿真和参数化扫描。参数化扫描的目的是为了后面将要进行的自动优化设计提供基本数据。在经过合理的划分基本单元之后，每个单元通常都是结构简单且电尺寸小。对于这样的结构，在HFSS 中很容易就能得到收敛的仿真结果。在这一步，我们充分利用了场仿真的精度为后面提供了精确的基础数据源。

    接着，HFSS 中的基本单元通过场到路的“协同仿真”链接到Ansoft Designer 的电路设计原理图中。这样以来，整个复杂器件的导波特性由电路仿真完成，电路原理图中的元件即为HFSS 中的基本单元。

    然而，如果“协同设计”仅仅停留在拟合S 参数文件进行电路仿真的层面上，就只能用于设计验证，而不能用作设计。因为当仿真结果达不到设计指标时，我们无法对模型进行优化—显然在电路仿真层面上，只剩下基本元件的S 参数，所有三维结构信息全部都丢失了，因而想要无法实现了对整个结构进行电路级的优化――如果应用不同厂家的电磁场仿真器和电路仿真器就必然面临这种情况。

    Ansoft 协同设计软件包的最大优势在于它同时包含强大的三维电磁场仿真工具HFSS 和电路仿真工具 Ansoft Designer，当 HFSS 中的基本单元以元件的形式插入Ansoft Designer 的电路设计原理图时，除了S 参数之外，所有的变量（如尺寸、材料特性）和参数化扫描结果都可被动态链接进来，从而为基于电路仿真的优化设计提供基础数据。在Ansoft Designer中进行优化时，即使是 HFSS 中参数化扫描没有的点，也可以由插值算法得到，整个器件的 优化过程可以直接在电路级进行。

    在电路级完成整个器件的优化后，原理图还可以通过脚本直接输出到 HFSS 进行验证，从HFSS 中输出三维模型到机械 CAD 软件。

    并且，针对几种波导器件类型， 如 Iris 波导滤波器、腔体滤波器和分支线耦合器，Anosft 还可提供给Ansoft Designer 用户波导器件库。器件库不仅包含所有元件的 HFSS 模型，还有帮助实现设计自动化的脚本文件，并且支持 DOE的设计方法。

    接下来我们看几个应用这种解决方案设计复杂无源器件的实例。