光束掃描仿真的案例
VirtualLab Fusion系列課程 | VirtualLab Fusion光束整形及空間光束傳播仿真
[圖片]
基于MATLAB的矢量光束聚焦光場(chǎng)仿真
光學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了新型偏振光的提出，比如矢量光束。矢量光束由于其在垂直于光傳播方向的橫截面具有非均一性的偏振分布，在量子存儲(chǔ)、粒子操控、超分辨成像、納米光刻和激光加工等領(lǐng)域具有重要的潛在發(fā)展前景。因此，有必要引入光學(xué)發(fā)展前沿，鼓勵(lì)學(xué)生探索光學(xué)新發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教研融合。同時(shí)，考慮到知識(shí)的難度，我們需要結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)光學(xué)理論和模型進(jìn)行精確仿真和可視化，從而直觀呈現(xiàn)抽象的物理過(guò)程，提高教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率[2]。
本文以矢量偏振光束通過(guò)高數(shù)值孔徑物鏡的衍射為例，基于MATLAB模擬仿真展示偏振態(tài)對(duì)光場(chǎng)傳播過(guò)程和聚焦光場(chǎng)的影響。對(duì)于低數(shù)值孔徑透鏡，只需使用傍軸近似或夫瑯禾費(fèi)近似的標(biāo)量衍射理論。但是，對(duì)于高數(shù)值孔徑透鏡，聚焦光場(chǎng)與偏振狀態(tài)密切相關(guān)，特別是對(duì)于矢量光束，聚焦光場(chǎng)將呈現(xiàn)顯著的偏振特性[3], 此時(shí)就需要使用由RICHARDS B和WOLF E在德拜標(biāo)量衍射積分的基礎(chǔ)上建立的矢量衍射理論[4,5]。借助矢量衍射理論，可以精確描述矢量光束的衍射光場(chǎng)分布，包括振幅、相位和偏振態(tài)等。首先，根據(jù)矢量衍射理論推導(dǎo)了聚焦場(chǎng)分布積分表示；進(jìn)一步借助MATLAB仿真給出了矢量偏振光束入射情況下的聚焦光場(chǎng)分布，為學(xué)生提供直觀的可視化結(jié)果。最后，通過(guò)與常見(jiàn)的線偏振光和圓偏振光對(duì)比，對(duì)矢量偏振光束聚焦場(chǎng)分布進(jìn)行了分析和總結(jié)，有助于學(xué)生對(duì)偏振影響的整體理解和掌握。
1 矢量偏振光束
偏振光束根據(jù)空間分布可分為均勻偏振光和非均勻偏振光[6,7]，線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光都是常見(jiàn)的均勻偏振光。非均勻偏振光在不同空間位置的偏振態(tài)不同，矢量光束屬于非均勻偏振光。振幅和偏振態(tài)在光束橫截面上以光軸為對(duì)稱軸，分布沿徑向方向有一定夾角φ0的矢量光束，稱為軸對(duì)稱矢量光束,如圖1(a)所示。
展開(kāi) VirtualLab Fusion：在一個(gè)微鏡激光掃描系統(tǒng)中鏡像差對(duì)光束質(zhì)量的影響
概括案例
1.系統(tǒng)細(xì)節(jié)
? 光源
- 綠色激光二極管
? 元件
- 基于單掃描微鏡的激光掃描系統(tǒng)，例如MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）
? 探測(cè)器
- 光線可視化檢查（3D顯示）
- 場(chǎng)分布和相位計(jì)算
- 光束參數(shù)（M2值，發(fā)散角）
? 建模/設(shè)計(jì)
- 光線追跡：首先概覽系統(tǒng)性能
- 場(chǎng)追跡：
√ 光束傳播包含表面像差
√ 分析生成光束的形狀和質(zhì)量
2.系統(tǒng)圖片
3.模擬和設(shè)計(jì)結(jié)果
鏡像差（由澤尼克多項(xiàng)式表示）：
4.總結(jié)
基于單掃描微鏡的激光掃描系統(tǒng)（例如MEMS）中的鏡像差進(jìn)行建模和仿真。
1) 模擬
通過(guò)使用光線追跡方法驗(yàn)證激光掃描設(shè)置
2) 建模
使用澤尼克標(biāo)準(zhǔn)界面來(lái)模擬靜態(tài)或動(dòng)態(tài)形式的復(fù)雜鏡面像差
3) 分析
為了計(jì)算場(chǎng)分布和評(píng)價(jià)光束形狀和參數(shù)，應(yīng)用經(jīng)典場(chǎng)追跡引擎
復(fù)雜的系統(tǒng)，如基于單微鏡的激光掃描儀可以通過(guò)使用VirtualLab Fusion來(lái)模擬。此外，幾乎所有類型的表面變形都可以通過(guò)引入澤尼克像差到掃描鏡來(lái)模擬。因此，可以根據(jù)掃描的位置評(píng)估光束形狀和質(zhì)量。
詳細(xì)案例
系統(tǒng)參數(shù)
1. 此案例的背景和目的
? 作為一個(gè)掃描鏡必須包含兩個(gè)掃描軸以及考慮一個(gè)更復(fù)雜的傾斜操作（傾斜的方向并不是獨(dú)立的）。
? 另外，將表面像差引入到掃描鏡，可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)類型。
? 因?yàn)闈赡峥硕囗?xiàng)式非常適合描述幾乎所有類型的像差，它們可用于演示表面偏差。
2. 模擬鏡像差：澤尼克界面
? 為了模擬靜態(tài)或動(dòng)態(tài)鏡像差，使用澤尼克界面。
? 通過(guò)使用澤尼克多項(xiàng)式，可以適當(dāng)?shù)夭迦肴我庀辔换虮砻嫫睢?/span>
展開(kāi) ACS Photonic封面文章：首個(gè)基于電光效應(yīng)的焦平面陣列光束掃描芯片
論文作者：劉金澤，王斌斌，宮言，王建國(guó)，黎永前
焦平面陣列（Focal Plane Array，F(xiàn)PA）是一種不同于光學(xué)相控陣（Optical Phased Array，OPA）的全固態(tài)光束掃描技術(shù)。為解決現(xiàn)有FPA在可靠性、速度、功耗等方面的瓶頸問(wèn)題，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室使用薄膜鈮酸鋰開(kāi)發(fā)出全球首款基于電光效應(yīng)的焦平面陣列光束掃描芯片，實(shí)現(xiàn)速度和功耗性能的顯著提升。
相關(guān)工作以“Focal Plane Array Based on Thin-Film Lithium Niobate for Fast-Speed and Low-Power-Consumption Beam Steering”為題發(fā)表于《ACS Photonics》，并被選為封面論文。訊技光電科技（上海）有限公司的VirtualLab Fusion軟件為該項(xiàng)研究成果提供了設(shè)計(jì)及性能仿真。
研究背景
焦平面陣列（Focal Plane Array，F(xiàn)PA）作為一種重要的全固態(tài)光束掃描技術(shù)，通過(guò)光開(kāi)關(guān)陣列控制光信號(hào)從不同位置處的光柵輻射器發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過(guò)置于其上的透鏡后產(chǎn)生一個(gè)和輻射器位置相關(guān)的偏轉(zhuǎn)角，從而在無(wú)可動(dòng)部件的情況下實(shí)現(xiàn)光束掃描。現(xiàn)有FPA要么使用MEMS結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)陣列，要么通過(guò)熱光效應(yīng)構(gòu)建光開(kāi)關(guān)陣列。基于MEMS結(jié)構(gòu)的FPA受其內(nèi)部可動(dòng)機(jī)械部件的限制而存在速度有限、可靠性差等問(wèn)題，基于熱光效應(yīng)的FPA則具有熱光器件固有的速度慢、功耗高等問(wèn)題。因此，現(xiàn)有熱光式焦平面陣列芯片存在可靠性低、速度慢、功耗高等問(wèn)題。
為解決上述問(wèn)題，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于薄膜鈮酸鋰的電光效應(yīng)研制出全球首款基于電光效應(yīng)的焦平面陣列光束掃描芯片。
展開(kāi) 
ACS Photonic封面文章：首個(gè)基于電光效應(yīng)的焦平面陣列光束掃描芯片
焦平面陣列（Focal Plane Array，F(xiàn)PA）是一種不同于光學(xué)相控陣（Optical Phased Array，OPA）的全固態(tài)光束掃描技術(shù)。為解決現(xiàn)有FPA在可靠性、速度、功耗等方面的瓶頸問(wèn)題，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室使用薄膜鈮酸鋰開(kāi)發(fā)出全球首款基于電光效應(yīng)的焦平面陣列光束掃描芯片，實(shí)現(xiàn)速度和功耗性能的顯著提升。
相關(guān)工作以“Focal Plane Array Based on Thin-Film Lithium Niobate for Fast-Speed and Low-Power-Consumption Beam Steering”為題發(fā)表于《ACS Photonics》，并被選為封面論文。訊技光電科技（上海）有限公司的VirtualLab Fusion軟件為該項(xiàng)研究成果提供了設(shè)計(jì)及性能仿真。
研究背景
焦平面陣列（Focal Plane Array，F(xiàn)PA）作為一種重要的全固態(tài)光束掃描技術(shù)，通過(guò)光開(kāi)關(guān)陣列控制光信號(hào)從不同位置處的光柵輻射器發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過(guò)置于其上的透鏡后產(chǎn)生一個(gè)和輻射器位置相關(guān)的偏轉(zhuǎn)角，從而在無(wú)可動(dòng)部件的情況下實(shí)現(xiàn)光束掃描。現(xiàn)有FPA要么使用MEMS結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)陣列，要么通過(guò)熱光效應(yīng)構(gòu)建光開(kāi)關(guān)陣列。基于MEMS結(jié)構(gòu)的FPA受其內(nèi)部可動(dòng)機(jī)械部件的限制而存在速度有限、可靠性差等問(wèn)題，基于熱光效應(yīng)的FPA則具有熱光器件固有的速度慢、功耗高等問(wèn)題。因此，現(xiàn)有熱光式焦平面陣列芯片存在可靠性低、速度慢、功耗高等問(wèn)題。
為解決上述問(wèn)題，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于薄膜鈮酸鋰的電光效應(yīng)研制出全球首款基于電光效應(yīng)的焦平面陣列光束掃描芯片。
展開(kāi) VirtualLab運(yùn)用：在一個(gè)微鏡激光掃描系統(tǒng)中鏡像差對(duì)光束質(zhì)量的影響
概括案例
1.系統(tǒng)細(xì)節(jié)
?光源
-綠色激光二極管
?元件
-基于單掃描微鏡的激光掃描系統(tǒng)，例如MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）
?探測(cè)器
-光線可視化檢查（3D顯示）
-場(chǎng)分布和相位計(jì)算
-光束參數(shù)（M2值，發(fā)散角）
?建模/設(shè)計(jì)
-光線追跡：首先概覽系統(tǒng)性能
-場(chǎng)追跡：
√光束傳播包含表面像差
√分析生成光束的形狀和質(zhì)量
2.系統(tǒng)圖片
3.模擬和設(shè)計(jì)結(jié)果
鏡像差（由澤尼克多項(xiàng)式表示）：
4.總結(jié)
基于單掃描微鏡的激光掃描系統(tǒng)（例如MEMS）中的鏡像差進(jìn)行建模和仿真。
1)模擬
通過(guò)使用光線追跡方法驗(yàn)證激光掃描設(shè)置
2)建模
使用澤尼克標(biāo)準(zhǔn)界面來(lái)模擬靜態(tài)或動(dòng)態(tài)形式的復(fù)雜鏡面像差
3)分析
為了計(jì)算場(chǎng)分布和評(píng)價(jià)光束形狀和參數(shù)，應(yīng)用經(jīng)典場(chǎng)追跡引擎
復(fù)雜的系統(tǒng)，如基于單微鏡的激光掃描儀可以通過(guò)使用VirtualLab Fusion來(lái)模擬。此外，幾乎所有類型的表面變形都可以通過(guò)引入澤尼克像差到掃描鏡來(lái)模擬。因此，可以根據(jù)掃描的位置評(píng)估光束形狀和質(zhì)量。
詳細(xì)案例
系統(tǒng)參數(shù)
1. 此案例的背景和目的
?作為一個(gè)掃描鏡必須包含兩個(gè)掃描軸以及考慮一個(gè)更復(fù)雜的傾斜操作（傾斜的方向并不是獨(dú)立的）。
?另外，將表面像差引入到掃描鏡，可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)類型。
?因?yàn)闈赡峥硕囗?xiàng)式非常適合描述幾乎所有類型的像差，它們可用于演示表面偏差。
2. 模擬鏡像差：澤尼克界面
?為了模擬靜態(tài)或動(dòng)態(tài)鏡像差，使用澤尼克界面。
?通過(guò)使用澤尼克多項(xiàng)式，可以適當(dāng)?shù)夭迦肴我庀辔换虮砻嫫睢?/span>
展開(kāi) 1，comsol仿真厄米特高斯光束 ￥1000
本文根據(jù)《激光原理》-周炳琨這本書(shū)中的厄米特高斯光公式，在comsol中仿真了高階厄米特高斯光。
所用comsol版本為5.6版，模塊為波束包絡(luò)。
復(fù)現(xiàn)結(jié)果如下圖
其中TEM20厄米特高斯光的傳播動(dòng)態(tài)圖如下圖所示
首先，厄米特高斯光束公式如下
該公式的難點(diǎn)是厄米特高斯函數(shù)H的具體表達(dá)式。它如下圖所示
有了具體表達(dá)式，接下來(lái)需要的就是紙和筆以及耐心，將高階厄米特函數(shù)推導(dǎo)出來(lái)，雖然上圖中給出了低階的厄米特函數(shù)，但還是推一推比較好。推好公式之后，輸入到comsol中即可重復(fù)出上面的曲線圖如下。
解決掉厄米特函數(shù)后，在光公式中存在兩個(gè)厄米特函數(shù)Hm和Hn。想要參數(shù)化掃描m和n，就可以調(diào)用不同的厄米特高斯函數(shù)該怎么辦呢？答案是用多層嵌套if語(yǔ)句即可。
如此一來(lái)，就不用手動(dòng)一個(gè)一個(gè)替換厄米特公式，直接掃就完事了。
最后，能掃出16個(gè)厄米特高斯光束
書(shū)本上只取了其中六個(gè)進(jìn)行展示
可以看到重復(fù)的還是比較好的。書(shū)本上其他圖重復(fù)出來(lái)也是沒(méi)問(wèn)題的。
下面是付費(fèi)內(nèi)容，里面包含的內(nèi)容如下圖。
展開(kāi) 基于ASAP的散射光雙光束干涉仿真
基于ASAP的散射光雙光束干涉仿真
光的干涉是物理光學(xué)中最重要的現(xiàn)象之一。本文分析了MIT實(shí)驗(yàn)視頻中的光學(xué)原理，提煉了其物理模型。視頻利用邁克爾遜干涉儀進(jìn)行分振幅產(chǎn)生兩相干光，在接收屏上觀察到等傾圓紋。本文記錄了利用強(qiáng)大的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ASAP對(duì)該物理模型進(jìn)行仿真的過(guò)程。
光學(xué)原理: 邁克耳孫干涉儀是應(yīng)用光的干涉原理，測(cè)量長(zhǎng)度或長(zhǎng)度變化的精密的光學(xué)儀器，其光路圖如圖。
運(yùn)行ASAP模擬結(jié)果：
ASAP 已持續(xù)在光學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展，由代碼來(lái)指示光線如何與系統(tǒng)對(duì)象交互作用，來(lái)模擬其物理現(xiàn)象。仿真和分析的結(jié)果非常明了，能夠比現(xiàn)有其它軟件處理更多的光學(xué)系統(tǒng)仿真。 ASAP 在工業(yè)界廣泛應(yīng)用于航天工程、生物光學(xué)產(chǎn)業(yè)、顯示器、反射器、光學(xué)測(cè)量科技、光通訊產(chǎn)業(yè)、照明系統(tǒng)、光導(dǎo)管系統(tǒng)等。
因此，對(duì)于光電專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，用好 ASAP 不僅能讓我們?cè)谖磥?lái)的課程設(shè)計(jì)中受益，更深層次的講，當(dāng)我們畢業(yè)走進(jìn)上述的工作崗位后，這種渴望探索的求知精神無(wú)疑是一筆隱形財(cái)富。于是抱著這樣的態(tài)度去做工程，這就成為我們學(xué)習(xí)和發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，比如當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)后想要模擬產(chǎn)品效果是否達(dá)到要求， 我們便可以利用 ASAP 強(qiáng)大的功能做出仿真， 發(fā)現(xiàn)其存在的問(wèn)題，結(jié)合所學(xué)解決優(yōu)化，以達(dá)到完善產(chǎn)品的目的。而每完成這樣的一次任務(wù)也就完成了一次自我升華，是對(duì)知識(shí)的沉淀，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的累積，對(duì)視野的拓展。
展開(kāi) 激光光束質(zhì)量評(píng)估遇瓶頸？OAS 軟件剪切干涉仿真來(lái)解決
剪切干涉的三維追跡圖
剪切干涉的探測(cè)器結(jié)果圖
總結(jié)
OAS 光學(xué)軟件通過(guò)精準(zhǔn)的物理建模與高效的數(shù)值計(jì)算，成功復(fù)現(xiàn)了剪切干涉的完整物理過(guò)程，其仿真結(jié)果與理論分析高度吻合，驗(yàn)證了軟件在干涉光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的可靠性。該案例展示了數(shù)字化仿真技術(shù)在光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為相關(guān)技術(shù)研發(fā)提供了從概念設(shè)計(jì)到性能優(yōu)化的全流程解決方案。
激光二極管應(yīng)用中光束難控？OAS軟件準(zhǔn)直鏡仿真來(lái)助力
激光二極管準(zhǔn)直鏡案例分析
簡(jiǎn)介
激光二極管因發(fā)射面物理尺寸限制，輸出光束發(fā)散角較大，嚴(yán)重制約其在激光測(cè)距、光通信等需遠(yuǎn)距離傳輸或精確聚焦場(chǎng)景的應(yīng)用。本項(xiàng)目旨在通過(guò) OAS 光學(xué)軟件構(gòu)建仿真模型，設(shè)計(jì)一款適配 0.635μm 波長(zhǎng)的準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)，將發(fā)散光束轉(zhuǎn)換為平行光束，核心指標(biāo)為降低遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角以提升光束準(zhǔn)直性，為后續(xù)工業(yè)應(yīng)用提供光學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)。
案例設(shè)置與操作
光源構(gòu)建
采用點(diǎn)光源模擬激光二極管發(fā)光特性，在軟件光源庫(kù)中設(shè)定波長(zhǎng)為 0.635μm，匹配可見(jiàn)光波段應(yīng)用場(chǎng)景。
核心元件配置
搭建包含準(zhǔn)直透鏡與分束器的光學(xué)系統(tǒng)，準(zhǔn)直透鏡選用 BK7 玻璃材料，基于光的折射原理設(shè)計(jì)曲面參數(shù)；分束器.content 表面賦予堆棧膜層，利用薄膜特性優(yōu)化光束分光與傳輸效率。
參數(shù)調(diào)整
開(kāi)啟 Sobol 采樣隨機(jī)光線生成功能，設(shè)定多核運(yùn)算模式加速追跡，通過(guò)導(dǎo)航窗口完成元件定位與參數(shù)關(guān)聯(lián)。
仿真分析與結(jié)果驗(yàn)證
光束傳播特性
追跡結(jié)果顯示，原始發(fā)散光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡折射后，通過(guò)分束器膜層調(diào)控，傳播方向趨于平行，光斑輪廓規(guī)整度顯著提升。
準(zhǔn)直效果量化
軟件輸出的角度亮度分析圖表明，光束發(fā)散角較初始狀態(tài)大幅縮減，符合平行光傳輸?shù)暮诵男枨螅?yàn)證了膜層設(shè)計(jì)與透鏡參數(shù)的合理性。
可靠性驗(yàn)證
通過(guò)參數(shù)靈敏度分析功能，確認(rèn)系統(tǒng)在元件公差范圍內(nèi)仍保持穩(wěn)定準(zhǔn)直性能，為實(shí)物加工提供容錯(cuò)依據(jù)。
展開(kāi) 仿真案例 | 芯片近場(chǎng)掃描模擬仿真
”
關(guān)鍵詞：HFSS，芯片，近場(chǎng)掃描
01
近場(chǎng)掃描儀
近場(chǎng)掃描儀是一種利用電磁場(chǎng)探頭對(duì)集成電路板、IC芯片等器件或整機(jī)產(chǎn)品電磁場(chǎng)測(cè)繪的工具，通過(guò)逐點(diǎn)測(cè)試可以得到區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)大小分布圖，可用于分析電磁干擾問(wèn)題；
02
HFSS建模
在HFSS中導(dǎo)入一個(gè)封裝基板文件，選擇其中一組差分走線添加Port；
在靠近基板上方一定距離的位置繪制一個(gè)sheet，用于后面Plot Fields（當(dāng)然，這一步放在仿真結(jié)束后也可以）；
設(shè)置若干個(gè)頻點(diǎn)，并√ 3D Fields Save；
03
電路時(shí)域激勵(lì)
新建Circuit仿真，將HFSS工程添加至電路中，給端口加上更貼近實(shí)際的時(shí)域激勵(lì)波形；
完成Circuit+HFSS聯(lián)合仿真，得到電路時(shí)域仿真結(jié)果；
時(shí)域波形FFT得到的頻譜；
04
近場(chǎng)結(jié)果
在Circuit仿真結(jié)束后，即可將時(shí)域的仿真結(jié)果Push至HFSS工程中；
選中前面繪制的sheet，Create Field Plot；
以下，通過(guò)仿真得到基板上該組差分走線傳輸PRBS信號(hào)時(shí)，在芯片上方附近產(chǎn)生的電場(chǎng)分布圖；
可以看到，由于在Circuit中的激勵(lì)是由BGA向Chip傳輸
展開(kāi) 
仿真案例 | 芯片近場(chǎng)掃描模擬仿真
”
關(guān)鍵詞：HFSS，芯片，近場(chǎng)掃描
01
近場(chǎng)掃描儀
近場(chǎng)掃描儀是一種利用電磁場(chǎng)探頭對(duì)集成電路板、IC芯片等器件或整機(jī)產(chǎn)品電磁場(chǎng)測(cè)繪的工具，通過(guò)逐點(diǎn)測(cè)試可以得到區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)大小分布圖，可用于分析電磁干擾問(wèn)題；
02
HFSS建模
在HFSS中導(dǎo)入一個(gè)封裝基板文件，選擇其中一組差分走線添加Port；
在靠近基板上方一定距離的位置繪制一個(gè)sheet，用于后面Plot Fields（當(dāng)然，這一步放在仿真結(jié)束后也可以）；
設(shè)置若干個(gè)頻點(diǎn)，并√ 3D Fields Save；
03
電路時(shí)域激勵(lì)
新建Circuit仿真，將HFSS工程添加至電路中，給端口加上更貼近實(shí)際的時(shí)域激勵(lì)波形；
完成Circuit+HFSS聯(lián)合仿真，得到電路時(shí)域仿真結(jié)果；
時(shí)域波形FFT得到的頻譜；
04
近場(chǎng)結(jié)果
在Circuit仿真結(jié)束后，即可將時(shí)域的仿真結(jié)果Push至HFSS工程中；
選中前面繪制的sheet，Create Field Plot；
以下，通過(guò)仿真得到基板上該組差分走線傳輸PRBS信號(hào)時(shí)，在芯片上方附近產(chǎn)生的電場(chǎng)分布圖；
可以看到，由于在Circuit中的激勵(lì)是由BGA向Chip傳輸
展開(kāi) 仿真案例 | 芯片近場(chǎng)掃描模擬仿真
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關(guān)鍵詞：HFSS，芯片，近場(chǎng)掃描
01
近場(chǎng)掃描儀
近場(chǎng)掃描儀是一種利用電磁場(chǎng)探頭對(duì)集成電路板、IC芯片等器件或整機(jī)產(chǎn)品電磁場(chǎng)測(cè)繪的工具，通過(guò)逐點(diǎn)測(cè)試可以得到區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)大小分布圖，可用于分析電磁干擾問(wèn)題；
02
HFSS建模
在HFSS中導(dǎo)入一個(gè)封裝基板文件，選擇其中一組差分走線添加Port；
在靠近基板上方一定距離的位置繪制一個(gè)sheet，用于后面Plot Fields（當(dāng)然，這一步放在仿真結(jié)束后也可以）；
設(shè)置若干個(gè)頻點(diǎn)，并√ 3D Fields Save；
03
電路時(shí)域激勵(lì)
新建Circuit仿真，將HFSS工程添加至電路中，給端口加上更貼近實(shí)際的時(shí)域激勵(lì)波形；
完成Circuit+HFSS聯(lián)合仿真，得到電路時(shí)域仿真結(jié)果；
時(shí)域波形FFT得到的頻譜；
04
近場(chǎng)結(jié)果
在Circuit仿真結(jié)束后，即可將時(shí)域的仿真結(jié)果Push至HFSS工程中；
選中前面繪制的sheet，Create Field Plot；
以下，通過(guò)仿真得到基板上該組差分走線傳輸PRBS信號(hào)時(shí)，在芯片上方附近產(chǎn)生的電場(chǎng)分布圖；
可以看到，由于在Circuit中的激勵(lì)是由BGA向Chip傳輸
展開(kāi) HFSS仿真寶典 | 陣列天線的波束掃描
02
HFSS陣列天線模型
本文省略陣列天線的建模過(guò)程，以HFSS自帶的偶極子陣列天線為例進(jìn)行示范，該模型文件路徑位于AnsysEM安裝盤(pán)目錄的\AnsysEM\Win64\Examples\HFSS\Antennas；
如下圖所示，該陣列天線模型帶有槽狀反射板，由五個(gè)印刷偶極子天線單元組成；
03
仿真求解設(shè)置技巧
用HFSS進(jìn)行輻射體仿真時(shí)，如果既要看饋電端口的S參數(shù)，又想要保存場(chǎng)結(jié)果，建議同時(shí)設(shè)置兩個(gè)Frequency Sweep：一個(gè)采用Interpolating掃描的SPara_Sweep，一個(gè)采用Discrete掃描的Field_Sweep（選擇個(gè)別重要的頻點(diǎn)進(jìn)行Save Field，可以極大減小仿真文件大小）；
04
波束掃描方法一：變量掃參
給端口的幅值、相位設(shè)置變量，通過(guò)掃參實(shí)現(xiàn)波束掃描；
波束掃描效果動(dòng)圖；
05
波束掃描方法二：自定義權(quán)值表
除了上述操作外，還可以自定義權(quán)值表，
該方法適合于自動(dòng)化操作
，手動(dòng)操作方法如下；
1. 波束編碼設(shè)為變量Beam；
2. 對(duì)波束編碼Beam掃參；
3.
用if語(yǔ)句進(jìn)行設(shè)置，如
if(Beam==1,1, if(Beam==2,1.1, if(Beam==3,1.5,0)))W，代表的是
：
Beam=1, Magnitude=1W; Beam=2, Magnitude=1.1W; Beam=3, Magnitude=1.5W;
4. 波束掃描效果動(dòng)圖；
文章來(lái)源：電磁學(xué)社
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02
HFSS陣列天線模型
本文省略陣列天線的建模過(guò)程，以HFSS自帶的偶極子陣列天線為例進(jìn)行示范，該模型文件路徑位于AnsysEM安裝盤(pán)目錄的\AnsysEM\Win64\Examples\HFSS\Antennas；
如下圖所示，該陣列天線模型帶有槽狀反射板，由五個(gè)印刷偶極子天線單元組成；
03
仿真求解設(shè)置技巧
用HFSS進(jìn)行輻射體仿真時(shí)，如果既要看饋電端口的S參數(shù)，又想要保存場(chǎng)結(jié)果，建議同時(shí)設(shè)置兩個(gè)Frequency Sweep：一個(gè)采用Interpolating掃描的SPara_Sweep，一個(gè)采用Discrete掃描的Field_Sweep（選擇個(gè)別重要的頻點(diǎn)進(jìn)行Save Field，可以極大減小仿真文件大小）；
04
波束掃描方法一：變量掃參
給端口的幅值、相位設(shè)置變量，通過(guò)掃參實(shí)現(xiàn)波束掃描；
波束掃描效果動(dòng)圖；
05
波束掃描方法二：自定義權(quán)值表
除了上述操作外，還可以自定義權(quán)值表，
該方法適合于自動(dòng)化操作
，手動(dòng)操作方法如下；
1. 波束編碼設(shè)為變量Beam；
2. 對(duì)波束編碼Beam掃參；
3.
用if語(yǔ)句進(jìn)行設(shè)置，如
if(Beam==1,1, if(Beam==2,1.1, if(Beam==3,1.5,0)))W，代表的是
：
Beam=1, Magnitude=1W; Beam=2, Magnitude=1.1W; Beam=3, Magnitude=1.5W;
4. 波束掃描效果動(dòng)圖；
文章來(lái)源：電磁學(xué)社
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