HFSS(ANSYS Electronics)项目创建与基本绘图技巧

建立工程

新打开的软件,默认已经建立好了一个项目工程,如橙色部分。按照红色部分的指引,新建一个HFSS的设计。
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从中可以看出,它支持建立一个3D的设计。这里我们直接选择第一个,建立一个普通的设计。
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建立完设计后,就变成下面的界面。
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绘图工具

这里重点说一下Draw区的一些工具。
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先看看左边部分,这部分主要关于界面操作。从左到右依次是:

  1. 对图形操作,包括保存,复制,粘贴,剪切,删除等。
  2. 选择图形时可以选择的类型,包括Object,Group,Submodel等。
  3. 选择查看或隐藏某些图形。
  4. 对编辑界面的调整,包括界面大小,方位,旋转,视图(例如左视图)。
  5. 将某些图形充满整个窗口,Fit All代表所有,Fit Selected代表选中的。

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再来看看中间部分,这里主要关于绘图。从左到右依次是:

  1. 创建简单的3D图形,包括长方体,圆台或圆锥,立体螺旋结构,圆柱,球体,平面螺旋结构,正多边形台体,圆环,梯形线。
  2. 创建简单的2D图形,包括矩形,圆等。
  3. 创建简单的线条,包含直线,圆弧,自定义曲线等。
  4. 创建区域,添加点,添加切面。
  5. 操作图形,包括移动,旋转,镜像。
  6. 操作图形同时复制一份,包括移动,旋转,镜像。
  7. 布尔运算,包括并,交,减等。
  8. 将平面变成立体。
  9. 对角进行裁剪,变成弧边或斜边。
  10. 对面,网格,边进行操作。

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最后看看右边部分,这里主要关于网格和坐标。从左到右依次是:

  1. 对坐标的操作。
  2. 测量图形和修改单位(公制和英制,也就是mm和mil)。
  3. 显示网格,默认是XY网格。
  4. 吸附特殊点,例如网格交点,图形中心,图形边角,图形边线中心等。
  5. 层叠有关的设置。

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具体的,这些工具如何使用?其实是非常简单的,这里就不一一细说了,自己把每个工具都试一下,就能明白其中的奥秘,尤其是学习过AutoCAD的人,那是很快上手的。

修改属性

当绘制了一个图形时,如何修改它的属性?

物理化学属性

在做仿真之前,是需要对图形的物理化学属性进行定义的,例如介电常数,电阻率等。单击图形,使其变成粉红色,会出现左边的Properties窗口。常用的有四个,依次为:

  1. 图形的名字。
  2. 图形的材料属性,例如介电常数,电阻率。
  3. 图形的显示颜色。
  4. 图形的显示透明度。

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其中最重点的是第二项Material。点开选项,点击Edit。
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可以看出,ANSYS给出了很多常用的材料,例如常见的空气air,还有一些常见的金属例如氧化铝、铜,以及一些厂家的高频板材基板。
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在搜索框里搜索,可以查找对应的材料,例如搜索铜。
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在下面的选项中,可以对材料进行修改,例如修改,添加,删除等操作。
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尺寸坐标属性

在绘制了图形后,我们怎样修改尺寸和坐标属性。一般都是选择Model下的黄色图标的图形,例如CreatBox和CreatPolyline,双击它。
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对于这个长方体,可以修改坐标值。
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对于线段,可以修改类型,宽度,高度等。
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设置变量

当我们需要对电路进行仿真优化的时候,就需要对我们所关心的参数进行扫描。在扫描之前,需要把参数变成一个变量。

普通变量

如果仅有一个设计,或者设计之间的数据不需要互通,那么设置一个普通变量即可。双击要添加变量的图形,例如这里选择一个线段(已经转变成了微带线)。直接把数值变成变量名即可。
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如果一开始的值是0或未知,则会弹出一个窗口,让你设置一个初值。
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设置好的变量也可以进行修改。在HFSS菜单中找到倒数第二项。
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即可对变量进行修改。
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全局变量

如果我们有多个设计,想在多个设计中使用同一个变量,那么就需要使用全局变量。
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选择Project菜单中的倒数第二项。
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添加一个。
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设置名字,和初值。
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就出现了一个全局变量,名字前带 “$”。
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要引用时,只需要把名字添加进去,注意要带 “$”。
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一些技巧

围线成面

软件中默认给的平面绘制,能绘制的图形类型还是比较少的,有时候我们需要绘制特殊的图形,就需要自己画线,然后连成面了。

在绘制直线的时候,只要线段最终形成一个封闭的面,软件会自动生成一个面。例如下面三条线段围成了三角形。
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软件自动生成了面。
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直线变换

很多时候,要建立微带线,直接绘制长方体会比较繁琐,同时,绘制好的长方体无法改变尺寸。所以,我们一般直接使用直线工具来绘制。例如,现在绘制了一个20mm长的线段。
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双击对应的叠层。
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修改它的类型,以及宽和高,点击确定。
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这样,就生成了对应大小的一个长方体。
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坐标定位

在绘制图形时,我们常常需要一个很精确的尺寸和坐标,此时,我们可以手动输入坐标值,而不是使用吸附功能。在绘制时,我们会发现,右下角的坐标轴随着鼠标的移动而变化。
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我们可以将鼠标移动到这里,然后手动输入下一个要绘制的点的坐标。选择Absolute,即绝对坐标,这个值是相对于原点(0,0,0)而言的,可以输入X,Y,Z。
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如果设置成Relative,则是相对坐标,这个值是相对于上一个点或参照点而言的,可以输入dX,dY,dZ。
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坐标变换

一般来说,我们绘制图形是以XY平面为底部的,网格也是在XY平面的,例如下面的图形。
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我们怎样切换网格显示的面,来达到不同的效果?首先设置坐标轴样式,这里改成YZ。
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可以看到,网格变到了YZ平面上。然后就可以在这个平面上绘图了。
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绿油覆盖

有时候设计高速PCB时,需要考虑阻焊层,也就是俗称的绿油层,对电路的影响。由于铜层的线是凸起的,绿油覆盖上去也是凸起的,如何快速设计?

如图所示,我们绘制了一个基板,尺寸为20mm*20mm,在基板上绘制了三条微带线。当然,这个微带线的高度完全是不符合实际的,实际的铜层厚度一般为17um或者35um,这里为了鲜果更明显,设置了0.2mm的厚度。
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绘制一个面,只要比基板大,同时完全覆盖基板,移动至基板上方。
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选中所有。
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在Sheet里选择Project Sheet。
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选择厚度和角度,这里设置厚度为0.1mm。按下确定。
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这个时候,绿油就覆盖上传输线了。
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最后,别忘了把绿油层的物理化学属性设置成阻焊层。名称为SolderMask。
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拉伸平面

在设计3D体的时候,往往无法一次设计到位,有时候需要对体的某一个面进行拉伸,来得到新的图形。

首先设置选择捕捉为Face,也就是面。
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选择要拉伸的面,会变成粉色。
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在Surface里选择第一项。
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在弹出的窗口中,输入要拉伸的长度。正数为轴的正方向,负数为轴的负方向。点击确定。
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图形就被拉伸了对应的长度。
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常用快捷键


按键作用
鼠标中键旋转窗口
Shift + 鼠标左键移动窗口
Ctrl + D显示所有图形

常见问题

图形显示不完整

有时候,我们绘制了一个稍大的图形,但会发现,它显示不完整。当旋转图形的时候,显示的部分也会跟着变。
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这可能是由于显卡驱动出错造成的,我们只需要去官网更新最新的WHQL驱动即可。更新完之后就显示正常了。

还有一种可能是,修改了图形之后显示不完全的,这时候需要把工程保存一下,然后关闭工程,再重新打开,就能正常显示了。
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绘图后自动弹出参数窗口

在很多教程中会提到,绘制图形后自动弹出了参数窗口,方便直接对参数进行修改,特别是需要定义变量的时候,如下图。
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在一些版本的软件中,这个是需要自己手动设置的。按照下图,选择“ Tools -> Options -> General Options… ”。
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选择 3D Modeler 中的Drawing,勾选 Edit properties of new primitives即可。
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设置占用核心数量

第一次安装HFSS后跑仿真需要设置核心数量,才能完整利用上CPU的所有核心,提高仿真速度。

新版

新版软件的设置比较简单。点击“Analysis Config”。
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软件提示我们,当前有6个CPU核心可以使用,我们在下面把数字改成6即可。
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旧版

旧版的设置隐藏得比较深。要先选择Tools里的HPC设置。
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选择Edit。
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软件提示我们,当前有6个CPU核心可以使用,我们在下面把数字改成6即可。
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