本文介紹了ANSYS 軟件在高頻電磁場仿真方面上的應(yīng)用，分析了ANSYS 軟件在進行三維高頻電磁場仿真所涉及的有限元分析和電磁場方面的基礎(chǔ)理論，簡要闡述了ANSYS 軟件的分析步驟、注意事項、高頻電磁場激勵源類型和電磁場邊界條件等，用ANSYS 軟件對矩形諧振腔進行了模態(tài)分析,得到的數(shù)值解與理論分析的結(jié)果符合的非常好，也正確的反映了矩形諧振腔的諧振模式。

　　高頻電磁場應(yīng)用研究飛速發(fā)展，能夠解決問題的復(fù)雜程度以及與現(xiàn)實條件的近似程度都有了巨大的提高。高頻電磁場的邊值問題的求解，可以歸結(jié)為在給定邊界條件下，對亥姆霍茲方程的求解。求解邊值問題的方法，可以分為解析法和數(shù)值法兩大類。對于簡單的情況，可以得到方程的解析解，但在許多實際問題中往往由于邊界條件過于復(fù)雜而無法求得解析解，在此情況下，一般是借助于數(shù)值法對電磁場進行分析求解。

　　隨著計算機的飛速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，各種行之有效的數(shù)值計算方法得到了巨大的發(fā)展。有限元素法就是其中發(fā)展比較成熟的一種數(shù)值計算方法，隨著有限元理論的日益完善，出現(xiàn)了很多通用和專用的有限元計算軟件。如ANSYS、ADS、HFSS 等，其中ANSYS 是基于有限元法的全三維的仿真分析軟件，它是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁等一體的大型通用軟件，它能夠很靈活地建立模型和設(shè)置各種求解參數(shù)，可用來求解不同情況下的電磁場問題。特別適合幾何或物理條件比較復(fù)雜的問題并能求解多耦合場問題的仿真，具有廣闊的適用性。

1、ANSYS 高頻電磁場分析理論

　　高頻電磁場分析用于信號波長和模型尺寸處于同樣數(shù)量級的模型的仿真，或者波長數(shù)量級比模型尺寸還要小的結(jié)構(gòu)中的電磁現(xiàn)象仿真。其仿真的高頻波段范圍從幾百兆赫茲到幾百吉赫茲。對半靜態(tài)或低頻問題，由于工作波長比結(jié)構(gòu)幾何尺寸大很多或者電磁耦合在系統(tǒng)內(nèi)不明顯，麥克斯韋方程組的位移電流被忽略，因此麥克斯韋方程組可以簡化。對于高頻電磁場問題，必須求解麥克斯韋的全系列方程組。因此，根本的問題就是解決高頻全波電磁場問題，建立全波有限元方程和定義目標輸出量。

　　一個典型的有限元結(jié)構(gòu)如圖1 所示。封閉表面Г0 截短無限計算域到一個有限的數(shù)字域Ω，在此計算域中進行高頻電磁場的仿真。一個電磁平面波從假設(shè)無限區(qū)域入射到有限元分析域，有限元分析域可能包括輻射源、各種材料和導(dǎo)體等。

圖1 典型電磁場仿真有限元結(jié)構(gòu)

4、結(jié)論

　　本為對ANSYS 在高頻電磁場仿真方面的理論基礎(chǔ)、具體步驟、高頻源的激勵類型等進行了簡要說明。利用ANSYS 軟件對矩形諧振腔進行了模態(tài)分析，分析結(jié)果與解析解符合的非常好，從E 場和H 場的矢量圖和云圖可以看出，ANSYS軟件模擬結(jié)果完全符合理論模式，而且能正確的反映矩形諧振腔的諧振模式，分析精度非常高。

　　ANSYS 在高頻電磁場仿真方面非常靈活，不需要針對具體問題開發(fā)具體程序，節(jié)省了大量時間。對計算誤差可以估計，可以提取結(jié)果類型豐富直觀，也可以被其它程序調(diào)用，可以對各種具體工程問題進行快速有效的仿真估計和算法驗證，具有廣闊的實用性。