Всем здравствуйте! Полагаю, что софт для разработки антенн и электродинамической симуляции - HFSS Design не нуждается в подробном представлении. С момента своего появления за почти тридцатилетнюю историю, летом 2021 года появилась его бесплатная студенческая версия. Она имеет ограничение на размер рассчитываемых моделей, однако для болшей части учебных задач он подходит. Здесь я бы хотел рассказать где скачать этот софт и как создать что-то типа "Hello World'a" с созданием тестовой модели в пару кликов.

Где скачать Ansys Electronics Desktop Student

Скачать и установить софт можно с оффициального сайта ansys.com - ссылка на скачивание. HFSS Design является частью пакета Ansys для разработки электроники и входит в Electronics Desktop Student. Процесс установки Electronics Dekstop достаточно прост и не отличается от установки обычного приложения для Windows. К слову по той же ссылке вы найдете достаточно много учеьных материалов по этому продукту, и если с английским у вас все боле-менее, то это станет для вас достаточно полезным ресурсом с большим количеством практических примеров.

Порядок создания своего первого проекта

В первом проекте мы смоделиуем распространенную задачу падение плоской электромагнитной волны на проводящую сферу. Типовой порядок создания проекта в HFSS Design выглядит следующим образом:

1. Создается геометрия для анализа. В нашем случае это сфера

2. На геометрию накладываются свойства материалов. В нашем случае мы сделаем сферу идеально проводящей.

3. Определяем границу моделирования.

4. Задаем частоту анализа.

5. Создаем источник ЭМ волны в проекте.

6. Запускаем проект на расчет.

7. Анализируем результаты расчета.

Будет придерживаться заданного плана.

После того, как пакет Ansys Electronics Desktop установлен, его можно запустить и попасть в стандартный рабочий стол, на котором можно выбрать вид Design'a для дальнейшего моделирования. Ниже показано как выглядит софт при первом запуске. Чтобы создать проект для высокочастотной симуляции (HFSS Design) кликаем ПКМ по проекту Project и выбираем Insert HFSS Design

Открывается окно 3D-Моделера, в котором можно создавать различную геометрию для моделирования. Давайте создадим простую сферу, диаметром 3 сантиметра. Для этого из вкладки Draw выбираем Sphere и кликаем в центр системы координат в окне 3Д моделирования, вторым кликам в произвольном месте системы координам создаем сферу произвольного радиуса:

Чтобы изменить радиус сферы, выберем операцию CreateSphere и изменим ее свойство Radius, установив значение равным 15 мм:

Теперь на сферу нужно назначить свойство проводника. Это можно сделать двумя способами:

1. назначить материал сфера (клик ПКМ по сфере и выбрать Assign Material),

2. либо назначить граничное условие идеального проводника (клик ПКМ по сфере и выбрать Assign Boundary - Perfect E и в появившемся диалоговом окне жмем "ОК").

   Давайте используем граничное условие (т.е. второй вариант):

На этом этап с созданием геометрии можно считать завершенным. Чтобы назначить границу моделирования, мы кликаем ПКМ в дереве проекта по Model - Create Open Region. В появившемся диалоговом окне устанавливаем частоту 10 ГГц (это значит что под указанную частоту будет создана область анализа нужного размера):

После этого в проекте определяется область моделирования, обозначенная красным кубом вокруг сферы и мы можем переходить к следующему этаму. Кликаем ПКМ по вкладке Analysis и выбираем Add Solution Setup - Advanced... Так мы попадаем в меню настройки точности расчетом и частоты анализа:

В качестве частоты анализа задаем значение 10 ГГц и нажимаем "ОК":

В качестве истчника в проекте создадим плоскую электромагнитную волну. Для этогов дереве проекта кликаем ПКМ по Excitation - Assign - Incident Wave - Plane Wave...

Так как нам в целом не важно, с какого направления должна падать ЭМ волна на сферу, то в появляющихся диалоговых окнах мы просто нажимаем пару раз Next и один раз Finish. После чего при нажатии на созданный источник (Excitation) мы увидим в окне 3D-моделера пару векторов. Вектор E0 показывает плоскость распространения электрической части ЭМ волны, а вектор k показывает направление распространения.

Все основные этапы анализа проекта завершены и мы переходим к валидации проекта и запуска его на расчет. Чтобы это сделать мы просто переходим во вкладку Simulation и нажимаем последовательно, сначала Validate, а затем - Analyze All.

Расчеты для такого маленького проекта занимают считанные секунды. После завершения симуляции мы можем построить диаграмму рассеяния ЭМ поля на сфере. Чтобы это сделать последовательно выбираем Results - Far Field Report - 3D Polar. В появившемся диалоговом окне можно выбрать единицы измерения, или построить график в dB.

А для построения визуализации поля, нужно вернуться в окно 3D-моделера, выбрать любую плокость, кликнуть ПКМ в окне моделера и выбрать Plot Field-E-MagE:

Если у вас будет желание сравнить результаты моделирования с результатами расчетов, которые приводятся в классических учебниках по электродинамике, то рекомендую сходить в интернет с запросом "Дифракция на сфере. Первый проект в HFSS".