간단한 15dB Coupler 예제를 통해 Ansoft HFSS의 기본적인 해석 흐름을 알아보자.

1. 초기 실행

처음 실행하면 아래와 같은 형태로 Maxwell 통합 관리창이 나타난다. Maxwell이란 Ansoft의 제품군의 패밀리 이름이다.

여기서 Projects 버튼을 누르면 아래와 같이 프로젝트 관리창이 뜨게 되는데, 여기서 기존의 프로젝트를 불러오든지 아니면 New 버튼을 눌러서 새로운 프로젝트를 생성한다.

 New 버튼을 누르면 아래와 같이 새로운 프로젝트를 만들 수 있으며, 프로젝트 이름과 Maxwell 패밀리 내에서 어떤 제품을 이용한 프로젝트를 만들 것인지 결정해준다.

Open 또는 New를 선택하면 아래와 같이 HFSS의 메인화면이 뜨게 된다.

2. 작업 흐름 순서

Ansoft HFSS는 아래와 같이 메인 화면 왼쪽에 작업버튼 모음의 순서대로 작업을 수행하게 되어 있다. 위에서부터 차례로 설정해야만 하며, 이전단계가 완료되지 않으면 다음단계의 버튼이 활성화되지 않는다. 설정이 완료된 메뉴 오른쪽에는 아래 그림과 같이 굵은 V자 표시가 나타난다. 각각의 버튼을 누르면 새로운 작업창이 뜨면서 각각의 작업을 하게 되는데, 아래에서 각 버튼을 눌렀을 때의 작업환경에 대해 알아보자.

Draw - 그림을 그린다

Setup Materials - 그려진 개체들의 재질을 설정한다.

Setup Boundaries/Sources - 경계면과 포트를 설정한다.

Setup Executive Parameters - 특별한 경우가 아니면 넘어간다.

Setup Solution - 해석조건과 Mesh등을 설정한다.

Solve - 해석을 시작한다.

 Post Process - S 파라미터와 필드형상을 확인한다.

3. Draw

Draw 버튼을 누르면 아래와 같이 드로잉 화면이 뜬다. Ansoft HFSS는 ACIS 계열의 Drawing Core를 사용하며, 기본적으로 아래 그림과 같이 4개의 사분면을 설정하여, 각각 xy, yz, zx 평면과 비스듬히 바라본 view를 보게 된다. 여기서 4개의 view창을 더 띄울 수 있으며, 각각의 view창을 마우스와 단축키를 이용하여 얼마든지 원하는 view로 변형할 수 있게 되어있다.

Ansoft HFSS에서는 3D 개체를 그릴 때 육면체나 원기둥을 직접 그리기도 하지만, 원래 단면이 될 사각형/원형 2D를 그린 후에 특정 방향으로 Sweep시키는 방법이 사용된다. 이것은 사용자 취향상 결정될 문제인데, 5.0까지 사용되던 vector sweep 방식보다는 처음부터 3D box나 cylinder를 그리는 법에 익숙하길 권장한다. (2D를 sweep할 경우 Cover sheet 등의 귀찮은 기능을 중간에 활용해야 할 경우가 있기 때문이다.)

육면체나 원기둥등을 각각 xy, yz, zx 평면에서의 좌표에서 마우스로 점을 찍어서 입력하기도 하지만, 기본적으로 마우스만으로 정확한 점찍기가 어려우므로 가능하면 왼쪽 위의 수치입력창을 이용하길 권장한다. 3D 드로잉은 하나의 구조물을 그리기 위해서여러 가지 방법론이 존재하므로, 개인이 직접 이런 저런 장난을 쳐서 익혀야만 한다. 다른 건 몰라도 3D 드로잉만큼은 남의 설명을 들어가면서 익히기 힘든 부분임을 명심하고, 다양한 시도를 해보길!

4. Setup Materials

그림을 다 그렸으면 Draw 메뉴에서 나온 후 Setup Materials 버튼을 눌러서 아래와 같은 재질 설정창을 새로 띄운다.

여기서 왼쪽 위의 재질 선택부분(1)에서 재질을 고른 후, 왼쪽 아래의 재질데이터베이스(2)에서 원하는 재질을 고르고 나서 Assign을 누른다. 만약 원하는 재질이 없다면 Material -> Add를 선택하여 (3)과 같이 오른쪽 아래 입력창에서 새로운 재질을 설정한 후 Assign 한다.

(1)     (2)

(3)

5. Setup Boundaries/Sources

재질 설정이 완료되면 exit하고 Setup Boundaries/Sources 버튼을 눌러 아래와 같은 경계면 설정창을 새로 띄운다.

경계면을 설정하는 것은 재질 설정보다 다소 까다로운 편인데, 크게 마우스로 원하는 위치를 찍어서 설정하는 방법과 원하는 개체만 직접 골라서 설정하는 방법이 있다.

6. Setup Solution

경계면 설정까지 완료한 후 Exit하여 Setup Solution 버튼을 누르면 아래와 같이 해석 조건을 정해줄 수 있다.

크게 맨위는 Mesh 생성을 위한 Adaptive 조건 입력창, 중간은 주파수별 결과를 보기 위한 Freq. Sweep 조건 입력창, 맨 아래는 Mesh조건과 잡다한 설정을 입력하게 되어 있다.

7. Solve

Solve 버튼을 누르면 아래와 같이 해석하는 과정을 단계별 진행 상황으로 보여준다. 해석 중에도 convergence 상태나 메모리활용 상태 등을 확인할 수 있게 되어있다.

8. S parameter 보기 (Post Process)

Matrix Plot 메뉴에 처음 들어가면 아래와 같이 빈 화면만 뜨게 되는데, Plot -> New 메뉴를 통해 새로운 그래프 플롯을 생성해야 한다.

Plot -> New 에 들어가면 아래와 같이 원하는 결과들을 편집하여 볼 수 있게 되어 있다. Ctrl 키를 누른 상태에서 세 번째 Quantity창에서 원하는 S 파라미터만 골른 후 OK를 누른다.

최종적으로 뜨는 S 파라미터 결과는 아래와 같은 형태로 나타난다.

9. Field 보기 (Post process)

S 파라미터 외에 필드 결과를 보려면 Post Process에서 Fields를 선택하여 아래와 같이 필드보기 창을 새로 열어야 한다.

새로운 필드를 보기 위해 Plot -> Fields 메뉴에 들어가면 아래와 같은 필드 편집창이 뜨며, 여기서 원하는 형태의 필드와 필드가 나타나길 원하는 영역을 설정한다.

설정된 값에 의해 화면에 아래와 같은 필드 형상이 나타난다.

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