본교재는 HFSS v11 을기준으로작성되었습니다.

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2 본교재는 HFSS v11 을기준으로작성되었습니다.

3 MODELING 1. 기본단위변경하기 2. 단축키로화면자유자재로바꾸기 3. 특정시점으로한번에바꾸기 4. 개체의투명도활용하기 5. 보고싶은개체만골라보기 6. Snap기능활용하기 7. Snap이안되는지점을클릭하고싶을때 8. 선 / 면 / 입체선택단축키활용 9. 개체크기 / 위치수정하기 10. 개체이동 / 복사에서중요한점 11. 여러개체더하고빼기 12. 화면캡쳐하기 13. Grid와좌표없애기 14. 구조물 Measure하기 15. 임의의복잡한형상그리기 16. 모서리예쁘게깎아내기 17. Radiation Box 자동으로만들기 18. Bonding Wire 그리기 19. Helical 그리기 20. 특정개체만해석에서제외하기 21. 프로젝트공통변수설정하기 22. 변수를함수로정의하기 23. 주파수에따라변하는재질설정하기 24. History 제거로파일용량줄이기 25. Model Analysis 이용하기-Healing 26. Script 저장 / 재생하기 MESH 27. Manual Mesh 만들기 28. Mesh 보기및감추기 29. Skin Depth 고려하기 39. 도체내부의 Mesh 분할 31. Aspect Ratio 문제란? 32. 원의다각형각도결정 33. 최소 Mesh 단위바꾸기 34. Mesh의증가량조절하기

4 PORT BOUNDARY 35. Wave Port 36. Integration Line의역할 37. Zpv, Zpi, Zvi 의선택 38. Renormalize의의미 39. Lumped Port 40. Floquet Port 41. Incident Wave 42. 외부의 Field source 를불러오기 (SIwave, HFSS) 43. Voltage / Current 44. Magnetic Bias/Ferrite 재질설정 45. Microstrip의 Port 설정 46. Stripline의 Port 설정 47. CPW의 Port 설정 48. Differential line의 Port 설정 49. 동축선의 Port 설정 50. 도파관 Port 설정 51. De-embed 활용 52. 자동으로포트설정하기 53. 개체내부에포트설정하기 54. 포트의모드설정하기 55. Boundary Condition 활용은언제? 56. Perfect E 57. Perfect H 58. Finite Conductivity 59. Impedance 60. Layered Impedance 61. Radiation 62. Symmetry 63. Master / Slave 64. Lumped RLC 65. Screening Impedance 66. PML 67. PML과 Radiation 경계면 68. 얇은판은 2D로그리자 69. 경계면이중복될때우선순서

5 ANALYSIS 70. Driven Modal & Driven Terminal 71. Eigenmode 활용하기 72. Solution Frequency 설정하기 73. Maximum Pass와 Delta S 설정하기 74. S 파라미터위상까지수렴시키기 75. Convergence: Mesh 수렴확인 76. Discrete Sweep 77. Fast Sweep 78. Interpolating Sweep 79. 파장에비해작은구조를해석하려면 80. DC / 저주파정확도개선하기 81. Multi-Processor 이용하기 82. 시뮬레이션예약실행하기 OPTIMETRICS ANALYSIS 83. 자동화변수설정하기 84. Parametric 활용 85. Parameter Sweep 분산처리하기 (DSO) 86. Optimization 활용 87. Sensitivity & Statistical 해석 88. Tuning 활용 89. Designer를이용하여최적화하기 90. 이전에해석한그래프와겹쳐서보기 91. Report Template 의활용 92. S 파라미터저장하기 93. SPICE 모델생성하기 94. 여러 Sweep Data를합치는법 95. Output Variable 설정하기 96. Y 파라미터로 L값구하기 97. Port Field의의미 98. 임의의면에서 field 보기 99. 입력조건과 mode별로 field 보기 100. field calculator 활용

6 이교재는 Ansoft HFSS 사용자분들을위해만들어진 100 Tips Quick Manual 입니다. HFSS 사용자분들께서자주궁금해하시던질문에대한답과알아두면피가되고살이되는 Tip 100가지를엄선하였습니다. 이교재의목적은각각의기능에대해자세한사용법을전달하려는것이아니라유용한기능들과그용도에대해정보를드리고 HFSS 의기능을 200% 활용하는데도움을드리기위함입니다. 상세한사용법은 Help와 Tips & Solution 교재를참고하시기바래요 ~

7 1 MODELING 기본단위변경하기 그림을그리는단위를명확히하거나변경하고싶을때 Menu: 3D Modeler Unit 단위로는통상 mm 를사용하는것을권장하지만, 상황에따라미국식의 mil 이나 inch 단위를사용해야할경우도있답니다. 이때 Unit 설정에서단위를변경할수있는데, 세계각국의별의별단위로모두변경이가능합니다. 이때기억해두어야할점은, 단위를변경하면구조물의모든길이가새로운단위에맞게자동적으로변경된다는점입니다. ( 예를들어 inch 에서 mm 로단위를변경한경우? 1 inch 2.64 mm 와같이수치가자동변경 ) 즉 mm 단위로하건 mil 단위로바꾸건, 개체의물리적인실제사이즈는변하지않고단위에맞게길이값들이자동적으로변경되므로단위를바꾼다고해서개체의크기를조절할필요는없습니다. 그러나 mm 와 mil 단위처럼서로소수점계산이복잡한경우, 단위변환시에미세한수치에러로 Mesh 생성에어려움이발생할수있습니다. 고로단위는꼭필요한경우가아니면바꾸지말고, 애시당초부터단위부터정확하게정하고드로잉을시작하시는것이정신건강에이롭습니다. Rescale to new units 를체크하고단위를변경하면, 숫자변경없이단위만변경되기도합니다.( 즉구조물의크기숫자는그대로 1 inch 1 mm) 때론이런게필요할때가있긴하더군요

8 MODELING 단축키로화면자유자재로바꾸기 2 단축키와마우스로화면을원하는대로조종하기 Keyboard : Shift, Alt, Ctrl & Mouse Shift + Mouse : PAN ( 화면수평이동 ) Alt + Mouse : Rotate ( 화면회전 ) Alt + Shift + Mouse : Zoom ( 화면확대축소 ) 키보드를누른채마우스를위로올리면확대, 내리면축소 Ctrl + D : Fit All ( 화면꽉채우기 ) 완전히손에익어야합니다 ~ 이동 회전 Shift + Mouse Alt + Mouse Mouse Up Mouse Down 확대 축소 화면에꽉채우기 Shift + Alt + Mouse Ctrl + D

9 MODELING 3 특정시점으로한번에바꾸기 원하는각도로화면시각을한큐에바꾸고싶을때 Menu: Alt + Mouse 클릭!! Default

10 MODELING 개체의투명도활용하기 4 개체들이겹쳐있어서내부구조를쉽게확인하고싶을때각각의 Object Property Transparent 처음개체를그리면 default 로투명도가 0 으로세팅되기때문에내부에있는다른구조물의형상을확인할수없습니다. 가급적외장을이루는모든개체는개체의속성 (Property) 에서투명도 (Transparent) 를조절하여쉽게내부구조를확인할수있게설정하기를강추 ~ 합니다.??? 당췌안에뭐가들은겨..? 투명도를설정하지않은상태적당한투명도를설정한상태투명도를주지않고, 외장개체의속성에서 Display Wireframe을 Check하여아예뼉다구만보이게해서내부를들여다보는방법도있습니다. 또는, Tools Options Modeler Options Display 탭에서개체를처음그릴때 Default 로일정량의 Transparent 설정이되도록자동화할수도있습니다. ( 권장 )

11 5 MODELING 보고싶은개체만골라보기 개체가너무많아서당장설정에필요한개체만보고싶을때 Menu: View Active View Visibility 개체가많아지거나, 혹은수정이필요하지않은개체가수정해야할개체를막고있어서모델링이힘들어지면, 여러개체들중원하는개체들만화면에표시되게바꾸면됩니다. 일반적으로는메뉴로들어가기보단상단에있는눈깔버튼 을누르는것이편합니다 개체들의 Visibility 수정 해당개체이름의체크박스를해제하면시야에서집니다. 걸리적거리는 Radiation Box 보기싫은개체를잠시안보이게.. 이기능은특히외부에반드시 Radiation 경계면을위한방사면을만들어야하는안테나해석시에유용합니다. 이기능은잠시눈에만안보이게할뿐, 해석시에는안보이는개체도모두계산에포함됩니다.

12 MODELING Snap기능활용하기 6 마우스포인터를특정점 / 좌표에바로찍어버리고싶을때 Menu: Tools Options Modeler Options Drawing 탭 다른 Drawing tool 과마찬가지로, HFSS 의 3D modeler 에도특정위치에마우스포인터를끌어당겨맞춰주는 Snap 기능이있습니다. Snap 기능을잘활용하면별도로좌표를입력하지않아도좌표, 모서리, 변의중점, 면의중심점등을편하게선택할수있어서그림을좀더쉽게그릴수있답니다. Snap Mode 에서체크한기능만동작하며, 드로잉환경에따라일부 Snap 은수시로 On/Off 하면서작업하는게편할수있습니다. Grid : 모눈좌표에 Snapping Vertex : 꼭지점에 Snapping Edge Center : 선 / 변의중점에 Snapping Face Center : 면의중심에 Snapping Quadrant : 원주에서 90 도단위로 Snapping Arc Center : 원호의중간점에 Snapping Grid Snap 을이용하는경우, View Grid Setting 메뉴에서 Grid 의간격과양을조절할수있습니다. Snap mode 의선택과해제를자주해야하는경우는, Tools Customize 메뉴에서아래처럼생겨먹은 Snap mode 조절버튼을상단에표시되도록설정할수있습니다.(default 에선안보입니다 )

13 7 MODELING Snap 이안되는지점을클릭하고싶을때 Snap 을총동원해도안잡히는점에마우스를찍어야할때 Drawing 도중꼭지점에 Ctrl + 마우스클릭 x, y, z 입력 개체들을그리다보면, 이도저도아닌쌩 ~ 뚱 ~ 맞은점을기준으로그림을그려야할때가있습니다. 물론좌표를직접입력하여할수도있지만, 특정개체의변상에존재하는점을이용한다면드로잉이더쉬워질것입니다. 특정개체의애매 ~ 한변위에마우스포인터를찍고싶다! 사각형이건육면체건그림을그리기위해개체모양을선택한후에는, 화면하단에아래와같은메시지가뜨는걸볼수있습니다. 1. 그림을그리기위해위와같이여러기본모양중하나를선택합니다. 2. Ctrl 키를누른채마우스로기준이될만한꼭지점을먼저선택합니다. Ctrl 키를누르는이유는, 그냥꼭지점을누르면바로해당개체의드로잉이시작되어버리기때문입니다. Ctrl 키를누른채클릭하면드로잉이시작되지않습니다. 3. 이상태에서키보드의 x, y, z 중원하는좌표의알파벳을누른채마우스를움직여보면마우스포인터가해당좌표방향의변위에서만움직이게됩니다. 4. 그상태에서변상에서원하는점에마우스를클릭하면, 그점부터드로잉이시작됩니다 X 키를누를때 Y 키를누를때 Z 키를누를때생각보다굉장히유용한기능인데설명만보면잘이해가안가는기능이기도합니다 ;; 백문이불여일견. 직접해보시면아하 ~ 이런편리한기능이! 하실겁니다.

14 MODELING 선 / 면 / 입체선택단축키활용 8 마우스로점 / 선 / 면 / 개체중무엇을찍을지선택하고자할때키보드의 V, F, E, O, M( 대소문자무관 ) 마우스로개체혹은개체의면, 선, 점을찍고싶을때키보드의단축키를이용하여간편하게원하는형태의대상만선택되도록할수있습니다. 단축키활용은고수의기본!!! V 키 : Vertex ( 꼭지점 ) 선택 F 키 : Face ( 면 ) 선택 E 키 : Edge ( 변 ) 선택 O 키 : Object (3D 개체 ) 선택 M 키 : 위의 4가지중상황에맞게알아서잡히는대로선택됨 V E F O

15 9 MODELING 개체크기 / 위치수정하기 이미그려진개체의크기나위치를수정하고싶을때 Object 의 Drawing Property Position & X / Y / Z Size 이미이전에그려진개체의크기와위치를변경하는작업은매우쉽게가능합니다. 개체창에서해당개체를선택하고, 그개체를만들때사용한각종드로잉명령에마우스를클릭하면좌측하단에자동으로속성 (Properties) 창이보여집니다. 이속성창에있는 Position 을변경하면개체에즉시반영되어새로운위치로개체가이동하게됩니다. 또는각좌표크기나원의경우반지름등의물리적크기를변경하면실시간으로개체의크기를바꿀수있습니다. 이러한개체속성창은드로잉명령위에서오른쪽마우스버튼을눌러나타나는메뉴를통해별도의창으로띄울수도있습니다.

16 MODELING 개체이동 / 복사에서중요한점 10 이미그려진개체를이동시키거나복사하고싶을때 Menu: Edit Arrange / Duplicate 개체를선택하고, 그선택한개체를이동 / 복사하는기능을처음적용할때는다소헷갈릴수있습니다. 개체의이동과복사는시작점과끝점의상대적거리와방향으로이루어지는이동벡터의설정이핵심입니다. 이것은주로직선으로이동 / 복사할때의상황이지만, 다른경우 ( 회전방향등등 ) 에도비슷하게적용됩니다. 이동 / 복사에서키포인트는바로상대적이동벡터설정! 1. 먼저대상이되는개체를선택합니다. 2. Move/Duplicate 를선택한후, 기준이될시작점을클릭합니다. 이때좌표표시창이함께뜹니다. 3. 두번째점을찍으려하면해당개체의잔상이가상으로위치를잡으며마우스를따라다닙니다. 결국, 이동 (Arrange Move) 이건복사 (Duplicate) 건간에, 마우스로시작점 / 끝점을찍으면, 그두점간의상대적거리만큼, 또그각도의방향으로개체가반응하므로, 실제개체와상관없이감잡기쉬운위치에클릭하는것이유리합니다. 이동과복사의경우는, 3 차원적으로마우스로클릭하다가는헛짚는경우가많아서가능하다면좌표입력방식을추천합니다.

17 11 MODELING 여러개체더하고빼기 제 3 차원개체끼리더하고빼는조작이필요할때 Menu: Modeler Boolean 먼저대상이되는개체들을선택후 Unite : 합치기 Subtract : 빼기 Intersect : 겹치는데만남기기 Split : 한개체를둘로나누기 Subtract Unite Intersect Unite 시, 제일먼저선택한개체를기준으로그개체의재질로모두통합됩니다. Subtract 시, 무엇에서무엇을뺄것인지물어보는창이뜨는데, Blank Parts 에는잘림을당할개체, Tool Parts 에는파내려는개체를배치합니다. 용어가헷갈리면, Tool( 공구 ) 로물건을다듬어파낸다고기억하면됩니다. Split 은하나혹은여러개체를선택하고특정평면을기준으로갈라주는기능입니다.

18 MODELING 화면캡쳐하기 12 화면상의모델형상이나그래프그림자체가필요할때 Menu: Edit Copy Image 발표자료나논문과같이그래프나그림이많이필요한경우, 마우스오른쪽버튼메뉴맨밑또는 Edit 에존재하는 copy Image 를클릭하면, 자동으로화면상의데이터를클립보드에저장하여외부프로그램에서즉시불러쓸수있도록되어있습니다. 클립보드에보관된이미지는파워포인트나워드, 그래픽프로그램등등에서 Ctrl+V 하면즉시붙여집니다. 필드분포및결과그래프역시 Copy image 를이용하여클립보드에복사후즉시다른프로그램에붙여넣기가가능합니다.

19 13 MODELING Grid 와좌표없애기 Presentation 용그림등을만들때배경을날리고싶다! Menu: View Coordinate System & Grid Settings 어떤이유에서건, 배경의좌표와그리드를날리고그림만딸랑캡쳐하고싶은경우가있습니다. 바로이럴때필요한것은? 1. View 메뉴의 Coordinate System 에서 Hide 를선택하면화면상에서좌표가사라집니다. 2. View 의 Grid Settings 에서 Grid Visible 의체크박스를해제하면화면상에서 Grid 가사라집니다. Grid 와좌표를없앤깔끔한그림

20 MODELING 구조물 Measure하기 14 구조물의크기나길이, 점의좌표, 부피등등이궁금할때? Menu: Modeler Measure Position: 꼭지점을선택하면좌표를표시 Edge : 변을선택하면길이를표시 Face : 면을선택하면면적을표시 Object : 개체를선택하면체적을표시 Position Edge Face Object 두점간의거리를재려면? 마우스로연달아두점을찍으면자동으로두점간의최단거리와 X, Y, Z 좌표별거리를표시해줍니다.

21 15 MODELING 임의의복잡한형상그리기 네모도원도아닌이상한형상을그릴때는? Menu: Draw Line & Sweep 구조물이란게대부분네모나거나둥그렇긴하지만, 경우에따라선삼각형이나사다리꼴, 심지어별꼴의 3D 그림을그려야할수있습니다. 이런임의의형상을그릴때가장편한방법은바로 Line 과 Sweep 을병행하는것입니다. 1. Draw Line 을선택하면마우스로아무데나점을찍어연결할수있습니다. 2. 이때, 최종적으로처음시작한점을다시찍어주면폐곡선이되면서 2D 의면이생성됩니다. 3. 그려진면을선택하고, Draw Sweep along Vector 에서입체화되어튀어나올방향을 Vector 로만들어찍어줍니다. 4. 임의의모양완성. 정말별꼴이네요 (-_-;) 이렇게 Line 과 Sweep 을조합하면임의의 3D 개체도쉽게그릴수있습니다. 잠깐! Draw Equation Based Surface 를잘이용하면이렇게계란한판도만들수있습니다. sin(u) + cos(v)

22 MODELING 모서리예쁘게깎아내기 16 직각의변을깔끔한형상으로다듬고싶을때 Menu: Modeler Fillet / Chamfer Modeler 의모서리깎기옵션을이용하여간편하게모서리의모양새를다듬을수있습니다. 1. 우선 E 키를눌러마우스가 Edge를선택하도록한후, 2. 변형을원하는변을하나이상선택하고 Fillet ( 둥글게깎기 ) 과 Chamfer ( 모나게깎기 ) 중하나를선택 3. 깎아낼변의길이를정해주면됩니다. Fillet Chamfer * Fillet 의경우 Setback Distance 의영향 깎아내는두변이만날때, Setback 값이커질수록꼭지점을많이깎아냅니다. Setback = 0mm Setback= 0.7mm Setback = 0.9mm

23 17 MODELING Radiation Box 자동으로만들기 안테나등의해석에서, 방사경계면을손쉽게만들고싶을때 Menu: Draw Region 안테나혹은열린공간에서의전자파해석을위해서는, 최외각에방사경계면이라고하는전자파흡수용경계면이필요합니다. 이때공통적으로, 어느정도크기의 Radiation Box 를만들지에대해고민하며, 특히내부구조가바뀌었을때항상 Radiation Box의크기도수정해줘야하는번거로움이있습니다. V11 에새로추가된 Region이라는기능을이용하면, 내부구조물에서특정거리만큼간격을두고자동으로외부를둘러싸는 Box를설정할수있습니다. Region 기능으로자동생성된최외각의 Box 내부개체들의크기가변하면 Region 의크기도자동으로따라변화한다. 각좌표의 +/- 방향별로내부구조의몇 % 만큼떨어진 Box 를만들지결정합니다.( 전체일괄설정도가능 ) 이기능은꼭 Radiation 경계만을위한기능이아니라, 최외각에자동으로 Box 구조를만들어주는기능입니다. 경우에따라 Radiation 경계면설정을하지않고 Perfect-E 가되도록하여 shield Box 를자동으로생성해내는용도로도사용가능합니다.

24 MODELING Bonding Wire 그리기 18 본딩와이어간편하게그리기 Menu: Draw Bondwire HFSS 에서는본딩와이어를쉽게그릴수있도록별도의드로잉모델을제공합니다. 3. 본딩규격선택 1. 상단 PAD 면의본딩시작점을찍습니다. 2. 하단의본딩끝점을찍습니다. 4. 단면각형선택 5. 와이어의높이선택 와이어는 default 에서 6 각형으로모델링되는데, 충분한정확도를제공합니다. JEDEC 4-point wire 완성된본딩와이어 JEDEC 5-point wire HFSS 는 JEDEC 기준의 4 점와이어와 5 점와이어 2 종의기본본딩형태를지원합니다.

25 19 MODELING Helical 그리기 Helical 구조쉽게그리는법! Menu: Draw Helix 3D 모델링을하다보면헬리컬구조를그려야하는경우가종종있습니다. 그런데의외로처음그려보면은근히헷갈리는구조이기도합니다. HFSS 에는 Draw 명령어에 Spiral 과 Helical 구조를바로그릴수있는명령어가있어서, 천천히원리만이해하면쉽게그릴수있습니다. 3. Helix 창에서 pitch ( 한바퀴도는데진행하는거리 ) 와 turns ( 몇바퀴돌것인가 ) 를정해주면예쁘게헬리컬구조가만들어집니다. Helix 창에서설정값을입력하면, 화면상에가상으로어떤형태가될것인지실시간으로와이어를그려주기때문에이해가쉽습니다.

26 MODELING 특정개체만해석에서제외하기 20 해석에포함되지는않으나나름필요한구조물이있을때 Object 의 Property Model Check 해제 언뜻들으면이해가잘안갈수도있지만, 모델링을하다보면해석에필요없는개체를그려둬야하는애매한상황이발생하기도합니다. 나름의이유로구조상그려놓긴해야겠는데, 현재해석에사용되지않는지라해석할때마다지울수도없고.. 이럴때는, 그림은다제대로그려놓고개체속성에서 Model 부분의체크를없애고 Non-Model 로다루면됩니다. Non-model 이되면재질설정이불가능해지면서잠시해석에서제외됩니다. 다음번미팅때부를께흑..

27 21 MODELING 프로젝트공통변수설정하기 하나의프로젝트안의여러디자인이같은변수를쓰길원할때변수명입력시변수앞에 $ 붙이기 일반적인문자로구성된변수는해당 Design 에서만통용됩니다. 만약프로젝트내에여러디자인이들어있을때, 모든디자인에서통일된값으로사용될문자는 Global 변수로지정할수있습니다. Global 변수는변수앞에 $ 문자를삽입하면설정되며, 그변수에해당하는값이모든디자인에서똑같이적용되게됩니다. 이는한프로젝트내의여러디자인들이서로연관성을가지거나유사성을가질때유용합니다. 특히재질과관련하여변수를설정할때는, 반드시 Global 변수로선언해야한다는점을기억해두시길!

28 MODELING 변수를함수로정의하기 22 디자인변수에특정한함수를적용하고싶을때 Menu: HFSS Design Property Design Property 에서 Add 를눌러함수만을위한변수들을생성합니다. 이를통해특정한수학적형태의디자인을쉽게만들어낼수있습니다. 실제사용되는변수와함수용변수를섞어서삼각함수를응용한사례 사용가능한함수들 +,-,*,/,%,**( 제곱 ) abs, acos, asin, atan, atan2, ceil, cos, cosh, deg, dset, exp, floor, if, ln sinh, sqrt, tan, tanh log, pow, pwlx, pwly, rad, rand, sign, sin,

29 23 MODELING 주파수에따라변하는재질설정하기 재질특성이주파수의존성이있는경우의설정 Object 의 Property Assign Material Add Materials Set Frequency Dependency 유전율이나투자율 / 도전율등재질의주요특성이주파수에따라변하는재질을해석코자하는경우는, 재질설정창에서새로운재질을추가하고, 재질설정창하단에있는주파수의존성설정 (Set Frequency Dependency) 버튼을누릅니다. 실제주파수의존성재료설정과정은다소복잡하며, 입력방식도왼쪽창처럼 4 가지방법이존재합니다 자세한흐름은 Tips&Solutions 고급교재혹은 Help file 을참조하세요. 주의사항 이경우 Fast Sweep 은불가능합니다. 이재질이 Port 면과접하면에러가발생합니다.

30 MODELING History 제거로파일용량줄이기 24 *.hfss 파일크기가불필요하게커지는것을막으려면? Menu: Modeler Purge History HFSS 는모델링과정한스텝스텝을모두해당개체밑의 Drawing History 에저장해둡니다. 그덕분에언제라도개체의그리기속성을쉽게변경할수있다는장점이있지만, 불필요하리만치많은양의 History 를만들어내느라막상 hfss 파일자체의용량이커지게됩니다. History 가별로중요하지않거나, 내지는백업을잘해두고있다면, History 를지움으로써 hfss 파일의용량부담을크게줄일수있습니다. 깨 ~ 끗 ~ hfss 파일용량 : 11MB Purge History 기능후의 Modeler Tree hfss 파일용량 : 2.2MB

31 25 MODELING Model Analysis 이용하기 -Healing Import 한 3D 도면에해석상의에러가있어서수정이필요할때 Menu: Modeler Model Analysis 다른 CAD tool 에서그려진 3D 도면을 Import 한경우는, HFSS 에서해석하기에부적절한요소들이포함될수있습니다. Model Analysis 기능을활용하면이러한 CAD 3D 도면의문제점을찾고수정할수있습니다. 이기능을사용하기위해서는, 개체들의 History 에 Import 된이력외의이력이존재해선안됩니다. 문제위치를찾기위한조건입력 입력한조건에의해검출된문제발생위치를찾아줍니다. Model Analysis 주요기능 Analyze Object : 개체에미소 edge 나모순점이있는가를검출 Analyze InterObject Misalignment : 면끼리미세하게겹치거나어긋난것을검출 Heal : Analyze 에의해검출된개체의문제부위를수정 Show Analysis Dialog : Analyze 된결과와수정된결과를보여주는창 Align Faces : 미세하게어긋난 2 개이상의면들을가지런하게만들어줌 Remove Faces : 미세하게발생한면을삭제 Remove Edges : 미세하게발생한변을삭제 Last simulation mesh : 에러가난위치를확인 실제 Model Analysis 는상당히많은기능과사용례가있기때문에, 상세한사용법에대한안내는 Tips&Solution 고급교육교재나 Help 파일을활용해주세요.

32 MODELING Script 저장 / 재생하기 26 모델링과설정과정을저장한 Script 파일저장과재생 Menu: Tools Run Script & Record Script VB Script HFSS HFSS VB Script 예제 Script 기능은, HFSS 의설정과해석과정을 VB 기반의언어로간단하게기록하고재생하는역할을합니다. Box 를그리는 Script 명령개체의속성을바꾸는 Script 명령 Port를 Assign하는 Script 명령 Boundary를 Assign하는 Script 명령 Simulation Setup을하는 Script 명령 Sweep을설정하는 Script 명령 이러한 VB Scripting 기능은여러가지다양한방면에고급스럽게활용이가능합니다. 1. 편리한 model 관리.hfss 파일과같은정보를저장하면서도용량은훨씬적음또는특정한구조별로 Script 를만들어보관또는배포. 2. Script 를활용하여대화형 Wizard 로활용 Script 내용에약간의코드를추가하거나, VB6 프로그래밍과함께 GUI 를갖춘 Wizard 형태로만들수있습니다. 설계자동화가능, Ansoft 의모든 tool 에공통적용 Script 의기능은방대하고강력합니다. 상세한것은고급교재와 Help 를참조해주세요.

33 MESH 27 Manual Mesh 만들기 사용자가직접 Mesh 를분할하고싶을때 Menu: HFSS Mesh Operations Assign On / Inside Selection HFSS 에는강력한 Adaptive Mesh 기능이있지만, 경우에따라사용자가일부 Mesh 를직접분할해주는것이효율적인경우가있습니다. On Selection 개체표면의 Mesh량을조절하기위함이며, Mesh의 1변의최대길이를정의합니다. Inside Selection 개체내부의 Mesh량을조절하기위함이며, Mesh의 1변의최대길이를정의합니다. Length of Elements 생성되는 Mesh 1 변의최대길이를정의 Number of Elements 생성되는 Mesh 최대수를정의

34 MESH Mesh 보기및감추기 28 Mesh Data 를 Plot 하고없애려면? Menu: HFSS Fields Plot Mesh 생성된 mesh 를직접보고싶을때는, mesh 를보고싶은개체를먼저선택한다음에 Fields 항목의 Plot Mesh 를선택하면됩니다. 이때, HFSS 는 Mesh 도일종의 field 데이터로간주하여 Project Tree 의 Field Overlay 항목에정보가남게됩니다. MeshPlots 에서오른쪽마우스를클릭하면나오는메뉴중에서 Modify Attributes 를띄우면 Mesh plot 모양을다양하게바꿀수있습니다. Mesh 를화면상에서사라지게하고싶으면, Project tree 에서 Field Overlays MeshPlots 항목밑의 Mesh* 에서오른쪽마우스를클릭하면 Plot Visibility 를체크하거나해제할수있습니다. ( 의외로이거처음엔찾기힘듭니다 ;)

35 29 MESH Skin Depth 고려하기 도체내부까지해석해야하는경우는? Metal 의 Object Property Solve Inside Skin Effect : 주파수가높아질수록전류는도체의내부가아닌표면으로집중되는현상 HFSS 는고주파해석프로그램이기때문에, default 로는도체내부를해석하지않습니다. 정확히는, PEC 또는도전율이 1e5 S/m 이상의도체에대해서는 HFSS 가자동으로 Solve Inside 의체크를해제함으로써도체내부에 mesh 자체를나누지않습니다. 만약도체내부의전계까지정확하게해석해야하는경우에는각개체의속성에서 Solve Inside 라는체크박스를사용자가선택해주어야합니다. 설정기준 도체의폭이두께보다 5 배이상인경우는, 3D 는포기하고아예 2D 로설정하고경계조건을주는것이, 해석결과는차이가거의없으면서도속도가훨씬빠르기때문에유리합니다. ( 강추!) 도체의폭이두께의 2 배이하인경우는, 더이상납작한도체라고볼수없고, 폭에비해두께가두껍다고할수있으므로 Solve Inside 를설정하고, Manual mesh 를통해도체의내부에충분한 mesh 를만들어주는것을권합니다. (Adaptive mesh 는특성상도체내부에전계가약해서 mesh 를잘나누지못합니다 )

36 MESH 도체내부의 Mesh 분할 30 Solve Inside 시도체내부의 Mesh 를효율적으로나누려면? Metal 의 Object Property Solve Inside 이런저런사연으로 Metal 의 Solve Inside 를선택한경우, 막상얇은도체내부에 Mesh 가생각만큼효율적으로나뉘어지지않는경우가많습니다. 이때필요한꽁수는? 도체에 Manual Mesh 설정하기 막상얇은도체에 Solve Inside 를설정하고나면, 도체에 Manual Mesh 를주는편이속도도빠르고정확도도높아집니다. Adaptive Mesh Manual Mesh 도체부분을일부러반을쪼개서모델링하면 Mesh 가훨씬그럴듯하게분할됩니다.

37 31 MESH Aspect Ratio 문제란? Manual Mesh 등을다룰때나오는 Aspect Ratio 의의미는? Menu: HFSS Mesh Operations Assign Surface Approximation Aspect Ratio 란, 삼각형 / 사각형에서가장긴변과가장짧은변의비율을말합니다. Aspect Ratio 가작다는것은정방형에가까운안정적인도형모양이라는뜻이고, Aspect Ratio 가크다는것은도형자체가길 ~ 쭉한형태라는의미입니다. ( 쉽죠?) HFSS 가사용하는 FEM 해석방식에서는삼각형의 Mesh 를사용하는데, 이 Mesh 의 Aspect Ratio 가커지면정확도가떨어질수있습니다. mesh 가너무길쭉한삼각형이되면. Mesh 내에서의에너지분포함수의오차가커지기때문입니다. Manual Mesh 를나눌때 Aspect Ratio 에제한을걸어줄수도있지만, 일반적인 Adaptive Mesh 해석의경우 Aspect Ratio 가너무커지지않게하려면개체의형상자체를잘관찰해야합니다. a a b Aspect Ratio = a / b Mesh 를나눌하나의개체에서가장짧은변과가장긴변의차이가 1:10000 을넘어가는경우, Aspect Ratio 때문에해석결과의정확도에문제가생길수있습니다. 이경우 Manual Mesh 를추가하여 Aspect Ratio 를줄이거나, 해당개체를쪼개서개체자체의긴변과짧은변의비율을줄이는방법이있습니다. 이런경우는얇은도체를두께까지고려한 3D 형상으로구현한경우많이발생하며, 대부분의경우프린트된도체패턴은그냥 2D 로처리하는것이훨씬빠르고편하다는점을꼭기억해두시기바랍니다.

38 MESH 원의다각형각도결정 32 원을다각형 mesh 로분할할때몇각형으로만들어줄까? Menu: HFSS Mesh Operations Assign Surface Approximation HFSS 에서원기둥이나곡면체를그릴때는마치정말땡 ~ 그런원처럼그리게됩니다만, 실제로컴퓨터에계산을위해입력되는값은다각형으로입력됩니다. 통상 HFSS 에서는 Default 값으로 22.5 도, 즉 16 각형으로알아서원을모델링합니다. 그러나 Application 에따라이러한 16 각형이적절할때도있고, 모자를경우도있고, 과도하게많이나눈경우일수도있습니다. 이러한원의다각형모델링각도는 Mesh 의 Surface Approximation 에서사용자가직접상황에맞게정할수있습니다. normal deviation Application 별추천값 인덕턴스성분이강한원기둥구조물 (Bonding Wire나 Via 등 ) 직경이파장에대해서충분히작은경우 45 ~ 90 정도 (4각형또는 8각형 ) 로대충짤라도무방합니다. 동축케이블 / 커넥터 22.5 ~ 30 정도의일반적인값추천 (16각형혹은 12각형 ) 원형도파관 10 ~ 15 정도 (36각형 24각형 ) 로다소세밀하게나누는것이좋습니다. 유전체공진기나원형캐비티 5 ~ 15 (72각형이나 24각형 ) 으로, 공진을정확히보려면가급적세밀하게설정.

39 33 MESH 최소 Mesh 단위바꾸기 Mesh 최소길이를사용자가지정하여 Mesh 효율높이기 Menu: HFSS Mesh Operations Assign Model Resolution Model Resolution 이란, mesh 가만들어질최소의길이를의미합니다. 즉, 여기서설정한길이이하의구조물은 mesh 생성에관여하지않음으로써, 해석결과에영향이별로없는미세구조를무시하는데유용합니다. Model Resolution 적용사례 해석결과에는별영향이없는 0.1mm 의미세구조를포함한개체. 일반 Adaptive mesh 라면, 모든꼭지점을분할하므로불필요하게복잡한 mesh 를만들어냅니다. Model Resolution 을 0.2mm 로설정하면미세구조들은무시되어효율적인 mesh 생성. Model Resolution 조절은때때로유용하지만, 조심해서다루어지지않으면해석결과의정확도를보장하기어렵거나, 너무큰값을설정하면에러를유발할수있습니다. 구조물에필요한최소 mesh 길이를선정하는것은구조물을잘이해하고있는상태에서적용하기를권해드립니다.

40 MESH Mesh의증가량조절하기 34 Adaptive Pass 마다늘어나는 Mesh 량을지정하고싶을때 Project Tree 에서 Analysis 의 Setup 에서마우스오른쪽클릭 Properties Options 탭 Adaptive Mesh 과정에서는, 각 pass 마다에너지가불연속된 mesh 주변에추가로 Mesh 를만들어주게됩니다. 이때한 pass 마다이전 pass 에비해얼마만큼의 mesh 양을늘리느냐를 Solution Setup 의 Options 에서정해줄수있으며, default 값은 20% 로설정되어있습니다. 구조물이복잡하여 initial mesh 자체가큰경우는, 10% 이하의 mesh 증가율로도수렴이잘되기도합니다. 이렇게복잡한구조물의경우 adaptive pass 시간을단축하기위해더낮은 mesh 증가율을설정하기도합니다. 구조물이단순하면 initial mesh 가간단해지는데, 이경우제대로수렴되기위해선 initial mesh 에비해많은양의 mesh 가필요해집니다. 이때증가율을 20% 로제한하면쓸데없이많은 pass 수를소모할수있으므로, 이런경우는사용자의판단에의해 100% 이상의 mesh 증가율을입력함으로써해석시간을대폭단축시킬수도있습니다.

41 35 PORT Wave Port Wave Port 의이해 Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port Wave Port 는 Port 면에전자파를그대로퍼붓듯이입사시켜서알아서 Mode 가생성되는형태를기본을하고있습니다. 비해석공간 Wave Port 의특징과주의사항 해석공간 RF적인관점에서가장최적의 Port 입니다. 실제의급전형태와가장근접한 Port. 반드시최외각에위치하여, Port면에서한쪽방향으로만전자파가진행되어야합니다. 만약해석공간내부에 Wave Port가위치해야하는경우는, 한쪽에비해석공간 ( 예를들면완전도체덩어리 ) 를붙여주어야합니다. 모드가미리정해지는것이아니라, 구조에따라결정되는 Driven Modal에서의 Wave Port는 Port면의크기가일정크기이상확보되어야지만 Port 단면에서의전자장분포가정확히계산됩니다. Port면에전자파를그대로쏟아붇는방식이기때문에, Port면을특정금속이둘로나누는형태가되어선안됩니다. Wave Port 테두리는 PEC( 완전도체 ) 처럼동작합니다.

42 PORT Integration Line의역할 36 Wave Port 에서 Integration Line 의역할 Wave Port 의 Property 에서 Modes 탭 Wave Port 를설정시, 옵션으로 Integration Line 을설정해야하는경우가있습니다. Integration Line 의역할은, 설정된 Line 상의전계를적분하여전압을구하기위한목적으로서, 이를통해 Port 단면의적절한 Impedance 를결정하기위함입니다. Wave Port 면 V = E dl l HFSS 에서 Port impedance 를결정하기위해사용하는수식은아래와같이 Zpi, Zpv, Zvi 의 3 가지가있습니다. Zpi = P I I V V Zpv = Zvi = Zpi Zpv P Integration Line을설정하지않은경우는 Zpi 만으로 impedance가결정되며, 이경우, 왼쪽수식에서처럼포트단면의자계 (H) 를적분하여전류를구한후, Port I = H ds s 에서인가하는전력 P를조합하여 Impedance Zpi를결정하게됩니다. 대부분의경우 Zpi 만으로도어느정도정확한 impedance 가계산되었지만, 좀더정확한 Port Impedance 를구하려면 Application 에따라 impedance Line 을설정하여 Zpv 나 Zpi 를선택하여해석을진행할수있습니다. ( 다음페이지계속 )

43 37 PORT Zpv, Zpi, Zvi 의선택 Port 의 Impedance 를계산하는수식은어떤기준으로선택할까? Wave Port 의 Property 에서 Modes 탭 Wave Port 의 Impedance Line 을적용할때, Impedance 를구하는수식은 3 가지중택일해야하는데, 이론적으로는이 3 가지계산값은같아야합니다. 그러나실제 Port 단면의전계분포에따라어느한가지가유리한경우가존재합니다. 선택기준 전계가포트면의특정위치에만집중된경우에유리함. V V Zpv = P Slot Line CPW (no GND) 전계가포트면전체에비교적고르게퍼지는경우에유리함. Zpi = P I I Microstrip 동축선 Zvi = Zpi Zpv 가장무난한값으로서, 애매하면 Zvi 선택.

44 PORT Renormalize의의미 38 S 파라미터를계산한기준임피던스를바꾸고자할때 Wave Port 의 Property 에서 Post Processing 탭 Renormalize 의필요성? HFSS 의 Wave Port 는, 각 Port 에서설정된 Impedance Line 혹은 Zpi 등의계산을통해각 Port 마다계산된각각의 Port Impedance 로정규화 (normalize) 되어있습니다. 만약이렇게계산된 S 파라미터를외부로내보내거나, 50 옴으로정규화된스미스차트에 Plot 하는경우는 50 옴과같이통일된임피던스로 Renormalize 를해야합니다. Do Not Renormalize 해석에의해서계산된 Wave Port의 impedance로 S-parameter를산출 Renormalize All Modes 해석한모든모드에대해서, 지정된 impedance로 S-parameter를산출 Renormalize Specific Modes 해석한각모드에대해각각개별적으로지정한 impedance로 S-parameter를산출 모드별로 renormalize 할 impedance 를따로따로정할수도있습니다. Renormalize 는계산된결과를갖고재처리하는 Post-Processing 이므로, renormalize 를위해해석을다시수행할필요는전혀없습니다.

45 39 PORT Lumped Port Lumped Port 의이해 Menu: HFSS Excitations Assign Lumped Port Lumped Port 는 Wave Port 와더불어 HFSS 에서가장애용되는 Port 입니다. Wave Port 가매우 RF 적으로, Port 면에전자파를때려붓는형식이라면, Lumped Port 는흔히전자회로에서전원을넣듯이양극과음극을설정하여전압을인가하듯이설정하게됩니다. Pad 에전력 (Power) 가급전되었을때 Pad 주변의전자장의모습 GND Pad 신호선의 Pad와 GND의 Pad의사이에전자장이집중됩니다. Lumped Port가유리! Signal Pad Lumped Port 의설정 전자장이집중하는 Signal 과 GND 사이에 2D 면을먼저만든다. 2D 면을선택하고 Lumped Port 를선택한후전압방향을화살표로그린다. Lumped Port 는알아서 Impedance 를계산해주는 Wave Port 와달리, 정해진 Impedance 로강제로급전하는방식입니다. 따라서 Driven Modal 보다는 Driven Terminal 과궁합이잘맞는 Port 방식입니다. TEM 모드로전파하는경우는 Wave Port 와호환이되지만, 도파관처럼 TE/TM 모드인경우는 Lumped Port 를사용할수없습니다.

46 PORT Floquet Port 40 Floquet Port 의이해 Menu: HFSS Excitations Assign Floquet Port Floquet Port 는, 주기적구조물의해석을좀더용이하게만들어주기위해 HFSS v11 에추가된신규 Port 입니다. 사실은 Port 라기보다는경계면의특성에더가까운녀석입니다. Floquet Port 의탄생배경은? 지금까지 FSS 와같은주기적구조물을해석하려면단위 Cell 에 Master/Slave 경계면을설정하고, PML 경계면을마치 Port 처럼사용해왔습니다. Master/Slave 경계면은주기구조의해석을편하게만들어주긴하지만, Wave Port 면과닿으면안된다는제한조건때문에, 주기구조의급전방법에애로사항이꽃피어왔습니다. 그래서 Port 대신에전자파를흡수해주는 PML 을사용함으로써해석은그럴듯하게가능하지만, 입출력조건이없다보니 S 파라미터와같은결과를바로얻지못하는문제가있었습니다. 그래서해석후에결과데이터를수학적으로재계산하여 S 파라미터를구해야하는번거로운과정을거쳐야만했습니다. Floquet Port 는 Master/Slave 경계면과함께사용가능한특수한 Port 로동작하기때문에, 주기구조의해석에서 S 파라미터를즉시구할수있다는강력한장점이있습니다.

47 41 PORT Incident Wave Incident Wave 의이해 Menu: HFSS Excitations Assign Incident Wave Incident Wave 는, 이름그대로어디선가전자파가날아오는상태를가정한가상의 Source 입니다. 다른 Port 와달리, 개체중에어느부위에급전시킬지먼저선택하지않는대신, 외부공간에놓을 Source 의위치를결정하고, 전파될 Wave 의종류를결정하는방식으로설정이이루어집니다. 주요한용도 : RCS 분석, 전자파산란해석, FSS 해석등등. 어디선가전파가날아오는상황을가정해야할경우에사용됩니다. 설정가능한 Incident Wave Plane Wave Hertzian-Dipole Wave Cylindrical Wave Gaussian Beam Linear Antenna Wave Far Field Wave Near Field Wave Incident Wave 는자주쓰진않아도종류도많고설정법도다양하므로자세한것은 Help 나 Tips&Solutions 교재를보삼 ~

48 PORT 외부의 Field source를불러오기 (SIwave, HFSS) 42 다른 HFSS/SIwave field data 를결합하여해석하기 Menu: HFSS Excitations Assign Incident Wave Near Field Wave HFSS 에서는, 다른 HFSS 에서해석된 Field data 혹은 SIwave 에서해석된 PCB 의 Field data 를 import 하여하나의 Near Field Source 처럼결합하여해석할수있습니다. Incident Wave 에서 Near Field Source 를선택하고위와같이불러올 Source 의기준좌표와회전방향에대해설정합니다. 다음으로 Dynamic Link 를설정하여, Source 로받아올 HFSS/SIwave 프로젝트를입력하고디자인을선택합니다. SIwave PCB Field data HFSS Antenna Field data (small) HFSS Case 종합적인 Radiation 해석 HFSS (big) 상세한설정과사용례는 Dynamic Link 관련자료들을참조해주세요.

49 43 PORT Voltage/Current HFSS 에서의 Voltage & Current 급전 Menu: HFSS Excitations Assign Voltage / Current 이름그대로전압과전류를급전하는 Port 이긴하나, 고주파의 Electromagnetic wave 를주로다루는 HFSS 에서는그다지사용할기회가없는 Port 입니다. 정확히는 Port 라기보단 Terminal 의개념입니다. 도체를매개체로지정한다는점에서, 언뜻보면 Lumped Port 와비슷해보입니다만, 매우틀린점이한가지있습니다. Lumped Port 는 Wave Port 와마찬가지로, 어떤기준전력에의해서전압 / 전력비를계산하는용도지만, Voltage/Current 급전은구체적으로사용자가전압 / 전류및위상을입력할수있다는점입니다. 그렇기때문에 Voltage/Current 급전은 S 파라미터등의해석을위한것이아니고, Driven Terminal 설정에서특정 terminal 에정해진전압 / 전류원이입력되었을때의전류분포나필드데이터를구하기위한용도로사용됩니다. Voltage source 도체를선택한후 Voltage 를인가하면, 전압과위상을입력할수있게되어있습니다. 이때, 도체선로주변을구성하는 E 필드가어느방향으로향하고있는지지정할수있습니다. Current source 도체의단면을선택한후 Current 를인가하면, 전류와위상을입력할수있게되어있습니다. 이때, 전류가흐르는방향을지정할수있습니다.

50 PORT Magnetic Bias/Ferrite 재질설정 44 Ferrite 를해석시사용되는 Magnetic Bias 의이해 Menu: HFSS Excitations Assign Magnetic Bias Magnetic Bias 는 Ferrite 재질을사용할때만필요한기능입니다. Ferrite 는 Circulator/Isolator 나전자파흡수체에사용되는연자성체재질로서, 외부에서자계를걸어주어야제역할을하는특수재질입니다. Ferrite Circulator Ferrite 외부에서강자성체를통해자계를걸어주면, 내부의자계방향이그에따라변화되어배열됩니다. 이렇게가변성있는 Magnetic Dipole 특성을이용하여다양한응용이가능합니다. Ferrite 개체에 Magnetic Bias 를적용하고 Uniform 을선택하면, Ferrite 내의전자계배열이선형배열이되도록 Vector 로방향을정해줄수있습니다. Non-Uniform 을선택하면, 별도의전자계전문 S/W 인 Ansoft Maxwell 에서 Ferrite 의비선형자계만따로해석한후에 Link 를걸어줘야합니다. (Non-Uniform 기능은같은컴퓨터에 Maxwell 이설치되어있을때만활성화됩니다 )

51 45 PORT Microstrip의 Port 설정 Wave Port 를이용한 Microstrip 의적절한 Port 크기는? Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port 일반적으로추천되는 Microstrip 의추천 Port 크기는아래와같습니다. 5w x 2 + w 혹은 3h x 2 + w 정도 5~10h w 5 w 또는 3h 보다크게 h 좋은필드분포사례폭이좁은예 (bad) 높이가낮은예 (bad) 주의사항 - Port 의단면이 GND 면아래로내려가선아니되옵니다. A B

52 PORT Stripline의 Port 설정 46 Wave Port 를이용한 Stripline 의적절한 Port 크기는? Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port 일반적으로추천되는 Stripline 의추천 Port 크기는아래와같습니다. 8w 혹은 3h~4h h w w h 의경우 3.5w w<h 의경우 1.5h~2h Stripline 구조에서선로가여러개일때의추천 Port 크기는아래와같습니다. h w w h 의경우 3.5w w<h 의경우 1.5h~2h

53 47 PORT CPW의 Port 설정 Wave Port 를이용한 CPW 의적절한 Port 크기는? Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port CPW 는크게밑면에 GND 가있는경우와없는경우로나뉘며, 이두가지형태에따른 Port 추천크기는아래와같습니다. - GND 가없는경우 3(2g+w) 4~10h w 2g+w 가운데선로를기준으로 h g 위아래높이가비슷하게.. - GND 가있는경우 3(2g+w) 4~10h w 2g+w h g

54 PORT Differential line의 Port 설정 48 Differential line 의 Port 설정법엔어떤것들이있을까? Menu: HFSS Excitations Assign Wave / Lumped Port 1. Wave Port 를이용한설정 Wave Port Driven Terminal 로설정 HFSS Excitations Differential Pair 에서 Pair 가되는선로를정해주고 differential/common impedance를입력 2. Lumped Port 를이용한설정 Driven Modal / Terminal 둘다가능 두도체사이에 Lumped Port를인가 방법은간단하지만, Single Ended 특성과 Common mode 특성은검출할없습니다 개의개별 Port 로설정 Lumped port Wave port Driven Modal / Terminal 둘다가능 Wave Port / Lumped Port 둘다가능 해석후에 Report에서 Output Variable을정해진공식에의해계산해주어야합니다.( 계산식은 Help 및타교재참고 ) 독립된 port로선로들이분리되어있어서, Designer 등으로 Export하여계산하는것도좋은방법입니다.

55 49 PORT 동축선의 Port 설정 동축선 (Coaxial Line) 에의 Port 설정법 Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port 동축선의단면에 Port 를인가할때는 Wave Port 가가장최적이며, 아래그림처럼동축선은유전체내에만전계가존재하므로, 원리적으로는유전체의단면에 Port 를인가해야합니다. 그러나실제로는중심도체를포함한채인가해도아무런문제가없습니다. 실제로는링모양의유전체단면에만전자파가인가되지만, 굳이힘들게저런모양의면을잡아서 Port 를인가할필요는없습니다. 일반적으로중심도체를포함한채그냥대충외각도체안쪽의원에대해 Wave Port 를인가합니다. ( 단, 외각도체보다더크면 No!)

56 PORT 도파관 Port 설정 50 도파관의 Port 설정시주의할것은? Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port 도파관은기본적으로 Wave Port만인가할수있습니다. 1. 구형도파관 (Rectangular Waveguide) 2. 원형도파관 (Circular Waveguide) 구형도파관은통상 TE10, TE20, TE01 과같은순서로모드가생성되는데, 특별히 Integration Line 을설정하지않아도자동적으로모드가생성됩니다. 하지만보다정확한해석결과를원한다면, 관찰을원하는모드만큼모드개수를설정하고각모드의 E field 방향에맞도록 Integration Line 을설정하는것을권장합니다. 원형도파관의경우는구형도파관과달리, 완전히대칭인형태라서 Integration Line 이필요해집니다. 모드자체는알아서생성되더라도, 보내는 Port 와받는 Port 간의각도설정이명확해야만모드별입출력전력비가맞기때문입니다. 특히 TE11 같이방향성이존재하는모드를관찰할때에는 Integration Line 은필수입니다. 원형도파관에있어서만큼은 Integration Line 이필수이며, Impedance 는 Zpi 를권장합니다.

57 51 PORT De-embed 활용 S 파라미터를계산한기준위치를바꾸고자할때 Wave Port 의 Property 에서 Post Processing 탭 포트의위치를바꾸어 S 파라미터를다시구하고싶을때사용합니다. Post Processing 이란이미해석이완료된데이터를가지고재계산하는것을의미하기때문에, 포트의위치만변경한경우 HFSS 해석자체를다시할필요는없습니다. De-Embed 은포트의단면이일정하게유지되는구간에서만가능합니다. Distance 에 + 값을입력했을경우 Distance 에 - 값을입력했을경우

58 PORT 자동으로포트설정하기 52 Driven Terminal 에서여러 Trace 를한꺼번에 Port 설정하기 Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port Solution Type 을 Driven Terminal 로설정했을경우, 일렬로늘어선도체의단면부에 Wave Port 를설정하면아래와같이 Port 단면에포함된도체들의리스트가뜹니다. 이창에서 Signal line 과 GND 가될금속을분류하여 OK 를누르면 이렇게한꺼번에 Port 들이생성됩니다. 이방법은이와같이 Trace 의수가많을때더욱편리하게사용가능합니다.

59 53 PORT 개체내부에포트설정하기 해석공간내에 Wave Port 를설정할때필요한것은? Menu: HFSS Excitations Assign Wave Port 우선, 기본적으로 Lumped Port 는해석공간내에설정하는것이가능합니다. 그런데 Wave Port 는, Port 단면에전자파를때려넣는포트이기때문에반드시최외각경계면상에설정되어야전자파의진행방향이명확해집니다. 그러나왼쪽다이폴안테나의경우처럼, 방사공간이필요한사례에서내부에 Wave Port 를설치하고싶다면약간의 Trick 이필요합니다. 이자리에 Wave Port 를설정하고싶지만, 해석공간내부라서에러가발생합니다. 입사될 Port 뒷면에 PEC 재질의빽판을만들어붙이면, Wave Port 에서전자파의진행방향이한쪽으로고정되기때문에문제없이 Wave Port 를해석공간내에설정할수있습니다. 이것을이바닥에선소위 "CAP" 이라고부릅니다. 이 Trick 은 Wave Port 의조건이반드시최외각이어야한다는것이아니라, 한쪽면은 " 비해석공간 " 이어야한다는조건에기반하고있습니다. 고주파에서 Skin Effect 때문에 PEC( 완전도체 ) 내부는비해석공간이되기때문입니다.

60 PORT 포트의모드설정하기 54 모드는대체어떻게설정해야하는건가? Wave Port 의 Property 에서 Modes 탭 기어가기모드 걷기모드 뛰기모드 의외로전자파의 ' 모드 ' 개념을어려워하는분들이많습니다. 사실모드자체는단순한개념입니다. 왼쪽그림처럼, 어딘가목적지를가기위해선기어갈수도있고, 걸어갈수도, 뛰어갈수도있습니다. 바로뭔가가진행할때취하는진행형태를모드 (mode) 라고합니다. 전자파는급전된구조물의특성에따라, 전계와자계가수직을이루며진행하는 TEM 모드 ( 대부분의전송선로들 ), 그리고도파관처럼빈쇠파이프같이생긴구조에서제멋대로진행하다보면그나름의 TE 나 TM 과같은진행모드로에너지가수렴됩니다. 통상, 모드문제는도파관에서만좀어렵고나머진뭐그냥그렇습니다만.. 사실 HFSS 에서의모드설정의어려움은거의대부분해석자가모드의개념자체를이해못하거나해석대상에어떤진행모드가발생할지전혀예측하지못해서인경우가많습니다. 위와같이 Wave Port 의모드설정부분을보면서대체현재구조물에는어떤모드를얼마만큼지정해야할지모르겠다면, 모드를하나만주면됩니다. 어차피어떤모드를봐야할지모르는상황이라면모드개수를지정하는것자체가의미가없기때문입니다. 반면해석해봐야할모드를정확히알고있거나, 모드해석의목적이뚜렷하다면당연히원하는개수만큼설정하면됩니다. 그경우모드수만큼 S 파라미터가배수로많이만들어질것이고, 모드간의전력관계를관찰하면됩니다.

61 55 BOUNDARY Boundary Condition 활용은언제? Boundary Condition( 경계조건 ) 의이해 Menu: HFSS Boundaries Boundary Condition 은우리말로경계조건이라할수있는데, 사실이렇게만들으면당췌저게뭔가싶은생각이듭니다. 이는매우전자기학상의수치해석적문제처럼들리지만, 경계조건의용도는크게 3 가지로볼수있습니다. 1, 2D 면에재질설정을하고싶을때 3D 시뮬레이터에서얇고넓은형태의판이나구조물은, 많은경우 2D로처리하는편이속도가훨씬빠르고결과값의차이도거의없는경우가많습니다. 그래서굳이얇은면은두께를주지않고 2D sheet로그리되, 경계조건을설정함으로써마치하나의물리적재질처럼표현할수있습니다. 2. 특정면을통과하는전자기파의성질을변화시키고싶을때이것이야말로매우전자기학적인정의인데, 어떤면을기준으로전자기파의진행성질에변화를주고싶은경우에사용됩니다. 어떤면에선 2D에재질을준다는의미와겹치지만, 미묘하게다른상황이존재합니다. 3. 특정면에들어오는전자기파를흡수하여그양을기록하고싶을때대표적으로 Radiation 경계면과 PML 경계면을들수있습니다. 이경계면들의목적은이경계면에닿은전자기파는반사없이흡수하며, 흡수된양만큼의전자계에너지를기록하기위한목적입니다. Electromagnetic Simulation 의꽃은 Boundary Condition 이라고도합니다. 기본적으로경계면은사용자들에게해석의편의를제공하기위해만들어진것들이많다는점을기억해두시면어렵게만느껴지진않을것입니다. HFSS 에서설정가능한경계조건 Perfect E Perfect H Finite Conductivity Impedance Layered Impedance Radiation Symmetry Master & Slave ( 주기경계조건 ) PML (Perfect Matched Layer) Lumped RLC Screening Impedance boundary

62 BOUNDARY Perfect E 56 Perfect E 경계면 : 철판 Menu: HFSS Boundaries Assign Perfect E 경계면중에서가장많이사용되는것이아마 Perfect E 일것입니다. PE (Perfect E 의준말 ) 는경계면에들어오는전자기파중전계를완전히반사하는성질을갖고있어서, 사실상금속판과동일한역할을하게됩니다. 즉 Perfect Electric Conductor 와비슷해서, 도전율이무한대인도체면으로모델링됩니다. 반면자계는투과하는성질을갖고있어서, 간혹이부분이나름의역할을하기도합니다 두께가얇은금속선로나 GND 판을 2D 로설정하고 PE 를지정하면, 실제와거의똑같이해석이가능하면서도계산속도를크게향상시킬수있습니다. 2. 특히기판의 GND 면같은경우, 경우에따라두께를고려해야하는신호선과달리, GND 너머로는어떤전자기파도전달되지않기때문에 GND 판의두께를고려해야하는경우는매우드뭅니다. GND 판의경우는별도의 2D 를그릴필요도없이, 유전체기판밑부분의면을선택하여 PE 로설정하는것이유리합니다. 3. 동축선의외각 GND 의경우도기판과마찬가지로, GND 건너로전자기파가전혀방출되지않기때문에두께를줄필요가거의없습니다. 역시별도의그림을그릴필요없이, 유전체심의외각면을선택하고 PE 로설정하는편이훨씬편하고빠릅니다. HFSS 에서최외각면에아무런경계조건을설정하지않으면, 자동으로 PE 로처리합니다.

63 57 BOUNDARY Perfect H Perfect H 경계면 : 창문 Menu: HFSS Boundaries Assign Perfect H 아마 HFSS 의경계면중가장쓸일이없는경계면일듯합니다. PH (Perfect H 의준말 ) 은이론적으로 PE 와반대되는개념으로써, PE 와달리자계는전반사하고전계는모두통과시킵니다. 어찌보면수학적으로 PE 와간단하게 E 와 H 만바꾸면되는설정이라존재하는경계면이지만, 실상사용할일은매우드물다고할수있습니다. 실질적으로 PH 경계면의기능이라면, 이미설정된경계면의일부를해제하는역할이가장큽니다. 즉, 다른경계면이설정된부위의일부의경계면을없애야할때, 굳이 2D 면을잘라내거나하지않고그냥 2D 를덧그리고거기에 PH 를설정하면마치아무런경계면이설정되지않아서전계가방해없이넘나드는식이됩니다. Perfect H 경계면활용례 넓은 2D 면에 PE 를설정 가운데에 2D 원을그리고 PH 를설정 수치해석적으로마치가운데동그란구멍이뚫린금속판처럼계산 과거에는대칭조건에따라, 대칭면을생략하는용도로 PH 경계면이사용되었으나현재는 Symmetry 경계면이생김에따라그조차사용할일이없어졌습니다. ( 왠지안습입니다.. ㅠ _ ㅜ )

64 BOUNDARY Finite Conductivity 58 2D 면을손실이있는도체면으로설정하고싶을때 Menu: HFSS Boundaries Assign Finite Conductivity 도전율 (conductivity) 이나투자율 (Permeability) 값을직접수치로입력합니다. Perfect E 는완전도체로서, 도전율이무한대인금속판을의미하고있습니다. 도전율이무한대라는의미는, 손실이전혀없는무손실금속이라는뜻입니다. 만약얇은신호선을 2D 로표현한기판에서신호도체의도전율을고려하고싶은경우에사용되는경계면입니다. 이경우 PE 와달리도전율로인해도체의손실이고려되기때문에, 신호전달에있어서의 Loss 가좀더현실적으로계산됩니다. 또한자성체로서투자율도입력할수있으나, HFSS 의특성상투자율이주요한 factor 가되는경우는드뭅니다. Use Material 을선택하면, 재질 DB 에있는재질데이터를그대로갖다쓸수도있습니다. Infinite Ground Plane 을체크하면, 무한대크기의 GND 면처럼계산할수도있습니다. 도전율을고려하면보다현실적인값이될수는있으나, 그로인해계산시간이늘어난다는점도고려하여사용하시기바랍니다.

65 59 BOUNDARY Impedanc 2D 면에 Impedance 를주고싶을때 Menu: HFSS Boundaries Assign Impedance 진행중인전자기파가특정한 impedance 를가진면을만난경우를가정할때사용하는경계면으로써, 언뜻보면 Finite Conductivity 와비슷해보이지만, Impedance 경계면은주파수에따라 Surface 의값들이변화없이일정한값을유지한다는차이가있습니다. Finite Conductivity 는도전율그자체에따라 Skin depth 가변하기때문에주파수와의함수관계가존재하지만, 이 Impedance 경계면은그저 R+jX 에해당하는정해진로딩의경계면이존재하는것으로묘사됩니다. Z = R + j X 값을입력 진행중인전자파를임의의면에서흡수시키고자할때도사용할수있는데, 자유공간의 impedance 인 377 옴을입력하면대기중을진행하던전자파신호를죽여버리는 termination 처럼동작하기도합니다. 위와같은경우에 Radiation 경계면이나 PML 과다른점이라면, Impedance 는입사된파를흡수해버릴뿐, 흡수된양은기록하지않는다는점이다릅니다.

66 BOUNDARY Layered Impedance 60 2D 면을다층면처럼계산하고싶을때 Menu: HFSS Boundaries Assign Layered Impedance 이경계면은이름그대로다층 Impedance 경계면을설정할수있으며, 크게표면의 Surface Roughness ( 표면의굴곡 ) 을적용할수있다는점과다층의도금처리를 2D 로모델링할수있다는두가지특징이있습니다. Layered Impedance 를선택하면, 우선 Surface Roughness 을입력하고, 근사식을통해도전율을보정하게됩니다. 여러금속이멀티코팅된 2D 처럼모델링할수있습니다. 살쫌빼! 그다음의다층설정을통하여, 각층의재질을선택할수있습니다. 여기서 Internal 을체크하면, 두께는 0 이면서다층의경계면처럼적용할수도있고, 임의의주파수를입력하고 Calculate 버튼을누르면, 해당주파수에서의종합적인 Impedance 값을나타내줍니다. 이때번호가큰재질이, 설정된 2D 경계면에더가까운것으로모델링됩니다.

67 61 BOUNDARY Radiation 안테나 / 자유공간에서의최외각경계면 Menu: HFSS Boundaries Assign Radiation HFSS를대표하는경계조건안테나나자유공간상에서의해석을할때, 해석공간을무한대로할수없기때문에적당한크기로제한하고, 최외각에 Radiation 경계면을설정하게됩니다. 입사되는전자파를흡수하여데이터를저장하며, 입사각이 90도인경우는대부분흡수하지만경사질수록흡수력이약해집니다. 반사가일어나지않게전자파를방사시키려면, 방사원으로부터 λ/4 이상떨어져야합니다. 단, 방사전력이약한경우는상관없습니다. 반드시 Air나 Vacuum으로설정되어있는개체에만설정할수있습니다. Radiation 경계면설정시 Advance Options Radiating Only : 기존의 Radiation과동일 Incident Field : Dynamic Link 시, 외부에서끌어온 field source에서나오는 field를그대로활용하는기능 Enforced Field : Dynamic Link 시, 외부에서끌어온 field source가반사되어들어오는 field까지합산해서방출되게하는기능 언뜻생각하면, 안테나특성을위해사방으로둥그런 Radiation Box 가더좋을것같지만, 계산상에서는그냥육면체로그리는게더편하고결과도정확합니다. 또한 Radiation Box 의정확도를높이려면, 어느정도적정수준의 Manual mesh 를적용해주는것이좋습니다.

68 BOUNDARY Symmetry 62 해석시간을줄이고자대칭구조의반만해석하기 Menu: HFSS Boundaries Assign Symmetry 이것은전계나자계가대칭인구조물의경우, 구조물의 1/2 이나혹은 1/4 만남기고해석하여전체결과를얻어내는데쓰이는경계면입니다. 잘라낸대칭면과전계가 수직인경우 Perfect E 평행인경우 Perfect H 그리고자른만큼전계방향을잘계산해서 Impedance Multiplier 를잘설정해줘야합니다. 왼쪽의경우 Port 면의특성 Impedance 가 2 배가되기때문에, Impedance Multiplier 값은 0.5 를설정해주면됩니다. L C 2L = 2 C / 2 L C 1/4 type, Perfect H Impedance Multiplier : x4 1/8 type, Perfect H Impedance Multiplier : x8

69 63 BOUNDARY Master/Slave 주기적인구조물쉽게해석하기 Menu: HFSS Boundaries Assign Master / Slave 이경계면은 FSS 나배열안테나처럼주기적으로같은구조가배열된경우, 반복적인형상을하나만해석하고그것이마치정해진개수만큼일정간격으로존재하는것처럼계산해줍니다. 실제로 unit 의개수는유한하겠지만, 본기능은개수가무한하다고가정한결과를보여줍니다. 그렇지만개수가많은주기구조라면결과는거의비슷하게계산됩니다. Master 전체주기구조 단위 Unit Slave 하나의 Unit Cell 에 Master 와 Slave 경계가세트를이루어구성됩니다. 이를위해선서로마주본면의전자장이동일하다는가정이필요합니다. 반복되는구성을표현하기위해 u/v local 좌표계를이용하여설정합니다. 전자장의크기만일치시키고, 위상은일정하게변화시키는 phase array 형태도구현됩니다. 주기구조의해석은 Master / Slave 설정과 Floquet Port 등, 설정과정이살짝쿵복잡하고연습이필요하므로, 상세한설정법은 Help 나 Tips&Solutions 교재를참고하세요.

70 BOUNDARY Lumped RLC 64 3D 구조물에 R / L / C 소자를장착하기 Menu: HFSS Boundaries Assign Lumped RLC 3 차원구조의실제 RLC component 모델이아닌, 집중정수로모델링된 RLC 를경계면형식으로장착할수있습니다. R,L,C 중선택하여값을설정할수있으며, 만약동시에설정하면아래그림처럼병렬로연결된것으로간주됩니다. 소자의방향자체는아무런의미가없으나, Current 의흐름을 Vector 로지정할수있도록되어있습니다.

71 65 BOUNDARY Screening Impedance FSS 해석을위한또하나의보너스 Menu: HFSS Boundaries Assign Screening Impedance HFSS v11 에추가된또하나의옵션기능입니다. 이것은 FSS (Frequency Selective Surface) 를해석할때유용한기능으로써, 선택적으로주파수를투과시키는 FSS 면을하나의 Screening Impedance 로모델링하여하나의경계면으로대치시킨것입니다. 실제로위그림처럼혼안테나와 FSS 를동시에해석하려면많은시간이소요되는데, FSS 를따로해석하고 Screening Impedance 로서 Link 를걸면해석시간이왕창단축됩니다. Anisotropic 재질도설정가능 Impedance 가계산된 FSS 결과가담긴 HFSS 프로젝트를 Link 시킵니다.

72 BOUNDARY PML 66 Radiation 경계면의 Upgrade, PML(Perfect Matched Layer) Menu: HFSS Boundaries Assign PML Wizard PML 은또하나의전자파흡수용경계면으로써설정이좀복잡하긴한데, Radiation 경계면보다흡수성능이더욱뛰어납니다. HFSS 에서는 PML 의설정을쉽게하도록 PML wizard 를기본제공하고있습니다. 다흡수해버리겠따아아 - 최소주파수입력 방사원으로부터의거리입력 Radiation 경계면과달리 PML 은두께를입력하는데, 두껍게설정할수록흡수성능이좋아집니다. PML 설정완료

73 67 BOUNDARY PML과 Radiation 경계면 PML 과 Radiation 경계면의차이를정확히이해하기 Menu: HFSS Boundaries Assign Termination Radiation 각도별전자파흡수능력의차이 Radiation 경계면은수직으로입사한경우에는전부흡수하지만, 경사져서입사할수록흡수능력이점점떨어져서반사해버립니다. 반면 PML 은경사에무관하게완벽하게전자파를흡수합니다. 거리별전자파흡수능력의차이 Radiation 경계면은 λ/4 이상떼어놔야흡수가잘되지만, PML 은 λ/10 만떼어놔도무반사흡수층으로잘동작합니다. 단, Far Field 계산을위해서는 PML 도 λ/4 정도거리를떼어놔야합니다. 계산속도및설정과정 Radiation 경계면은해당위치에지정만하면되지만, PML 은설정과정이조금더복잡한면이있습니다. 계산속도는 PML 쪽이더오래걸립니다. ( 공짜는없습니다 ) 결론세상일이다그렇듯이일장일단이있습니다. Radiation 경계면은지금까지그래왔듯, 안테나나자유공간해석에있어서간편하게적용할수있고, 충분히만족스러운결과를얻을수있습니다. PML 은설정이다소귀찮고계산시간이오래걸리지만, 흡수능력이워낙좋기때문에전자파흡수체나도파관 / 동축선의종단 (Termination) 용으로사용하기좋습니다. 또한공간이매우협소한자유공간해석시, 근거리에서도완벽하게전자파를반사없이흡수함으로써유용하게활용될수있습니다.

74 BOUNDARY 얇은판은 2D로그리자 68 얇은도체나판구조는 2D 로표현하는게훨씬효율적 : 판단의기준은? > 10 1 만약어떤구조가, 두께에비해폭이나길이방향이 10:1 이상이라면, 3D 로두께를표현하기보다는그냥 2D 로그리고경계조건으로재질을설정하기를강추합니다. 두께는얇은데넓은개체는, 불필요하게 Mesh 를많이만들어내어계산시간을많이잡아먹습니다. 저정도비율이면 2D 로하나 3D 로그리나결과차이가거의없으니안심하고 2D 로설정하시기바랍니다. 5 2 통상, 2D 나 3D 나차이가없을거라보는두께와폭의비율은 5:1 정도입니다. 즉폭이두께보다 5 배정도크면 2D 로해도무방하겠지만, 그이하로떨어지면이제 3D 로그냥그리는것을권장하게됩니다. 또, 5:1 이하의금속선로라면, 이제 Skin effect 를고려하여 Solve Inside 를통해도체내부에도 mesh 를나눌것인지슬슬고민하기시작해야합니다. 1 폭과두께의비율이 2:1이된다면, 이때는당연히 3D로만표현해야합니다. 특히기판상의도체선로의경우라면 Solve Inside의검토를진지하게고려해야합니다.

75 69 BOUNDARY 경계면이중복될때우선순서 같은위치에경계면을여러개설정될때의우선순위는? Menu: HFSS Boundaries 경계면을설정하다보면같은위치에여러경계면이겹칠수있습니다. HFSS 에서는기본적으로동일위치에겹친경계면에서는가장나중에설정된경계면이우선권을가지도록되어있습니다. Project Tree 의 Boundaries 에서오른쪽마우스클릭으로 Reprioritize 를선택하면, 현재설정된각종경계면들의우선순위와 Priority 가표시됩니다. 이창에서해당경계면을클릭하면, 화면상에서경계면의위치가어디인지바로보여주기도합니다. Port 와경계면이겹칠때는 Port 가우선권을가집니다. 경계면의우선순서를바꾸려면순서를뒤바꾸어다시설정해야하므로, 경계면이많이설정되어야할경우미리한번쯤생각해보고순서를정해서설정할필요가있습니다.

76 ANALYSIS Driven Modal & Driven Terminal 70 Soution Type 을명확히이해하기 Menu: HFSS Solution Type 모델링을시작하기전에제일먼저 Solution Type 을명확히정해주어야합니다. Driven Modal Type 마이크로파의해석에적합한방식으로써, Port에서인가된전력이해당구조에맞게특정모드의형태로알아서진행되는해석방법입니다. 오랫동안 HFSS가기본으로취하고있던해석방식으로써, Wave Port를기본으로하고있어서해석시에각 Port의임피던스를구하여특성임피던스가결정됩니다. Application - 도파관의경우는반드시 Driven Modal로만해석가능 - 고차모드나기생모드의생성이중요한경우유일한 Solution - 대부분의고주파 /RF 아날로그해석에서유효한방식 Driven Terminal Type 노드의결과에대한전자계해석을통해해석되는방식이며, RF보다는디지탈신호의해석에적합한방식입니다. Lumped Port를기본으로하고있어서, 해석시에 Terminal에서정한임피던스와모드를강제로따르는급전구조를갖고있습니다. Application - Port 보다는 Terminal의개념이필요한해석 - 디지털파형의전송특성을해석하는모델 - Full Wave Spice 모델을생성하기위한모델 단순한전송선로나동축선, 커넥터의경우는어떤 Solution Type 을선택해도결과는비슷합니다. 쉽게생각해서, 급전구조상 Lumped Port 를써야할것같으면 Driven Terminal 이유리하고, Wave Port 를써야하면 Driven Modal 유리합니다.

77 71 ANALYSIS Eigenmode 활용하기 구조물의공진주파수만잽싸게체크해보자 Menu: HFSS Solution Type Eigen mode 선택 Eigenmode 는우리말로고유치라고하며, 특정구조물이구조그자체로물리적공진을일으키는공진주파수를말합니다. 이해석은공진기를다룰때매우편리하며, 그외특정구조에서의불필요한공진성분을찾아낼때사용됩니다. Eigenmode 를선택하면 Solution Setup 의입력항이일반적인해석과달라집니다. Eigenmode 해석은구조자체의공진을계산하기때문에포트설정이전혀필요없으며그냥공진을찾아낼최저주파수와모드개수 ( 찾아낼최대공진개수 ) 만지정해주면됩니다. 유전체공진기의 Eigenmode 해석사례.

78 ANALYSIS Solution Frequency 설정하기 72 Mesh 를생성하는기본주파수를설정하는기준은? Menu: HFSS Analysis Setup Add Solution Setup Solution Frequency 는 Adaptive Mesh 분할에있어서파장에따른분할의기준이되는매우중요한정보입니다. Solution Frequency 는사용하려는 Sweep Type 에따라어떤주파수로정하는것이좋은지결정됩니다. Discrete Sweep & Interpolating Sweep 의경우 해석범위의최대주파수를입력하는것이가장유리. 다만해석시간을절약하기위해, 최대보다약간낮은주파수를설정하는경우도많습니다. Fast Sweep 의경우 문제는 Fast Sweep.. 통상해석범위의중심주파수를 Solution Frequency로추천 Solution Frequency 에서멀어질수록정확도가떨어질수있습니다. 일반적인전송선로의경우 Mesh가균등하게나누어질필요가있음. Discrete와 Interpolating Sweep의경우, Solution Frequency 보다낮은주파수의결과도정확하게해석가능합니다. 고로이경우의 Solution Frequency는해석주파수대역의중심주파수를설정해도무방합니다. 필터나안테나의경우 공진점근처만변화가심함. 공진주파수이외의포인트에서는 S파라미터의변화가작아서 Delta S에의한 Mesh 분할이부적절할수도있습니다. 그래서공진주파수부근에 Solution Frequency를설정하는것이유리합니다만, 공진점이흔들리는경우를대비하여Manual Mesh를겸하는것도좋은방법이됩니다.

79 73 ANALYSIS Maximum Pass와 Delta S 설정하기 Adaptive Mesh 과정의이해와활용 Menu: HFSS Analysis Setup Add Solution Setup HFSS Adaptive Mesh 분할의핵심원리는간단합니다. 1. 모서리끼리연결하여 Base Mesh를생성하고, Solution Frequency에서정해진주파수의파장에의존하여 Mesh를더쪼개면서 Initial Mesh를생성한다. 2. Initial Mesh 상태에서우선 S파라미터를구한다. 3. 에너지가불연속이발생한 Mesh 지점에정해진양만큼 mesh를더늘린후 S파라미터를다시구합니다. (1 pass) 4. 바로전 pass에서구한 S파라미터와비교한차이가설정된 Delta S보다크면다시 3번으로돌아가서 mesh를또추가하고, 이러한반복과정을 pass 회수로정합니다. 5. Delta S보다작은 S파라미터차이를보이거나정해준 pass 수를다소모하면멈춥니다. 해석모델의특성에의해서 Delta S 최적치를결정 반사가거의없거나혹은전반사가되는모델의경우 S파라미터의변화가작기때문에디폴트 Delta S값인 0.02로는쉽게수렴조건을만족해버려서, Mesh가적절히분할되지않을수도있습니다. 이런경우는사용자가알아서 Delta S 를더작은값을설정해야좋습니다. S파라미터의변화가큰모델의경우절대값으로 S파라미터가 0.1 ~ 0.9 사이를고루분포하는경우라면, 디폴트인 Delta S = 0.02의값으로도충분히만족할만한 Mesh가생성됩니다. 이를위해서는해석자가해석대상에대해어느정도파악하고있어야하며, Delta S 는잘설정되었는데 pass 수가모자라서충분히수렴하지못하는경우가발생하지않도록주의하는습관이필요합니다.

80 ANALYSIS S 파라미터위상까지수렴시키기 74 위상데이터의정확도가중요한경우의추가적설정 Menu: HFSS Analysis Setup Add Solution Setup Set Magnitude and Phase HFSS 의 Adaptive Mesh 는기본적으로 S 파라미터의크기 (magnitude) 만의수렴성을이용하여 Mesh 의적절함을판단합니다. 만약위상정보가중요한해석을수행하는경우는, Adaptive mesh 과정에크기뿐만아니라위상정보까지특정한값이하로수렴시키는옵션을추가할수있습니다. Solution Setup 에서 Use Matrix Convergence 를선택한후에 "Set Magnitude and Phase" 버튼을누르면, Delta S 를 Magnitude 와 Phase 에서동시에설정할수있습니다. 위상을중요하게다루는경우라면, 실제해석대상의규격에서요구되는위상오차보다작게이값을설정할필요가있습니다.

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83 75 ANALYSIS Convergence: Mesh 수렴확인 Mesh 의타당성검토하기 : 정확한해석을위한최소한의기본 Project Tree 에서 Analysis Setup 에서오른쪽마우스클릭 Convergence 최종 mesh 수와 Delta S 수렴여부확인 아무리 Adaptive Mesh 알고리즘이좋아도, 제대로수렴이안되서 Mesh 가적절히나누어지지않으면말짱꽝입니다. Analysis Setup 에있는 Convergence 에서, 해석후에 Delta S 가충분히수렴되었는지, pass 는몇번을돌았고최종 mesh 개수는몇개인지등을확인할수있습니다. Convergence 데이터는해석중에는실시간으로업데이트되어보여지며, 숫자와그래프형식으로선택하여볼수있습니다. Convergence 에서 Delta S 가제대로수렴되어정확한 mesh 가나뉘어졌는지확인하는것은 HFSS 를다룰때가장기본이되는사항입니다. 결과가수상하면제일먼저확인하시길! 수렴상황을 Mesh 수나 Delta S 의그래프로 Plot 하여볼수도있습니다.

84 ANALYSIS Discrete Sweep 76 오래걸리지만가장믿을만한 Sweep Menu: HFSS Analysis Setup Add Frequency Sweep 주파수포인트가 100개일때, 100개의모든주파수포인트마다일일이하나씩따로계산하는가장원초적인 Sweep 방식. Point 수만큼배수로계산시간이늘어남. 시간이오래걸려서그렇지, 가장믿을만한데이터를제공합니다. Sweep Type 의선택 Discrete Fast Interpolating 시작 / 끝주파수와포인트설정방법선택 Sweep 될주파수리스트를표시 Fast 와 Interpolating Sweep 이강력해서그리많이쓰이진않습니다만, 고신뢰도의결과데이터가필요한경우에는유용하게활용됩니다. Linear Step Linear Count Log Scale Single Point

85 77 ANALYSIS Fast Sweep 가장빠르지만조심해서써야할 Sweep Menu: HFSS Analysis Setup Add Frequency Sweep 이름그대로, Discrete Sweep 을하지않아도비슷한결과를얻고자각 mesh 의전달함수를해석하여수학적으로주파수특성을산출하는방법입니다. 주파수특성자체가함수로만들어지기때문에, 주파수를대입하여빠르게해석할수있습니다. Fast Sweep 은전달함수를잘활용하여, 해석구간내의임의의주파수에서의 field plot 을확인할수있습니다. (Interpolating sweep 에서는지원되지않습니다.) Solution Frequency 로는중심주파수가주로권장되지만, Solution Frequency 의값에예민한편이라, 공진점이있는곳을중심으로잘선정해야할필요가있습니다. 함수를이용해특성을산출하므로, 메쉬가생성된중심주파수로부터멀어지면멀어질수록그정확도는나빠집니다. 광대역해석에는부적합 주파수의존성재질이있는경우에는 Fast Sweep 을적용할수없습니다. Discrete Sweep 모든포인트에대해일일이 S 파라미터를구함 Fast Sweep 중심주파수의 S 파라미터에대해풀고그것을기반으로주변주파수는수치해석적으로도출

86 ANALYSIS Interpolating Sweep 78 중용의도를걷는무난한 Sweep Menu: HFSS Analysis Setup Add Frequency Sweep 지정된주파수범위에대해아래그림과같이샘플주파수를선택하여해석한후에, 그결과들을 Interpolating 하여중간값들을보정하는방법입니다. 샘플주파수이외주파수의결과의정확성은 Error Tolerance 로판단합니다. 주파수별 Field Data 저장이안된다는단점만빼면, 속도와정확도면에서최근가장강추되는 Sweep 방식입니다. ε s,1 n = 3 ε s,2 ε s,1 n = 5 ε s,2 ε s ε s e f 0 f 2 f 1 f new 1 = ( f 2 s, max = e s,2, f new 2 + f1 ) f e,3,4 f 0 f new f 2 f f 4 3 f 1 1 = ( f 2 s, max = e s,1, f new 0 + f2 ) f S11 (db) Interpolating Sweep 은설정이살짝복잡해보이지만대부분 default 설정에서해결이가능합니다.

87 79 ANALYSIS 파장에비해작은구조를해석하려면 구조물이작아서파장과무관하게 Mesh 가나뉠때참고할점 Menu: HFSS Analysis Setup Add Solution Setup Options 탭에서 Solution Options 파장에비해구조물이작은경우, lamda 에의해 mesh 가잘분할되지않습니다. 이경우억지로 mesh 를많이나누려다보면정확도에문제가될수있고, 또불필요하게시간만오래걸릴수도있기때문에수치해석과정의차수를낮추는방법이권장됩니다. 파장에비해크기가작은구조라면? Basis Function 의 Order 를바꿀때권장되는 Lambda Refinement 의길이조건 Second Order : First Order: Zero Order: 0.1 파장에의한 mesh 분할이없고, Basis Function 의차수가높을필요가없음 "Low Order Basis" Order of Basis Functions를 Zero Order로설정합니다. First order 와비교하면해석속도 : 3~10 배사용메모리 : 1/3 정도

88 ANALYSIS DC/ 저주파정확도개선하기 80 저주파의정확도문제개선하기 Menu: HFSS Analysis Setup Add Frequency Sweep HFSS 는고주파해석프로그램이고, S 파라미터는 DC 를계산하지못하기때문에저주파해석의경우에는정확도가오히려떨어져보이는듯한경우가있습니다. 이때간단한옵션체크를통해 DC 의주파수특성을수치해석적으로보정할수있습니다. 주파수 Sweep 의결과에서저주파영역의정확도를보강하려면, DC Extrapolation Options 를체크해줘야합니다. 이기능은 Fast sweep 과 Interpolating sweep 처럼중간에서보정이가능한경우만선택가능하며, Discrete sweep 에서는선택할수없습니다. Full wave SPICE 를추출할때기본적으로적용되어야합니다.

89 81 ANALYSIS Multi-Processor 이용하기 Core 가여러개인 CPU 를사용할때계산속도를늘이려면? Menu: Tools Options HFSS Options 에서 Solver 탭 Multi Processor 를장착한 PC 의경우, 각 Application 에서모든 CPU 를사용하도록설정해야만시스템의최대속도를낼수있습니다. (Dual core / Quad core 등등 ) 이경우 HFSS Options 에서사용할수있는 CPU 개수를지정함으로써시스템의모든 CPU 를사용하여보다빠른시뮬레이션을수행할수있습니다. * 단 HFSS 의라이센스에별도의 Multi-Process 라이센스가포함되어있어야만이기능이동작합니다. * HFSS Options 에서는시스템에서사용할수있는최대메모리양을제한하여, 동시에수행되어야하는다른 Application 에영향을제한할수도있습니다. * HFSS 실행의 Priority( 우선권 ) 을조정하여해석컴퓨터의멀티태스킹환경과의조화를조정할수있습니다.

90 ANALYSIS 시뮬레이션예약실행하기 82 배치파일을통해연달아서자동으로해석시키기정해진 Format 에따라 Batch File 을만들고실행한다. Batch Process 란? 이미설정이완료된여러개의프로젝트를순차적으로자동실행 / 해석시키는일. Parameter Sweep 은하나의프로젝트에서정해진변수를바꾸면서결과들을모아주는역할이한계지만, 배치파일은서로다른복수개의프로젝트를순서대로실행시켜줍니다. Batch file의문법 [HFSS설치디렉토리]\hfss - BatchSolve < 옵션 > [ 프로젝트경로와파일명 ] < 옵션설명 > [ 디자인명 ] 선택된디자인내의모든 setup을해석 [ 디자인명 ] : Nominal 선택된디자인내의 Optimetrics를제외한모든해석 [ 디자인명 ] : Optimetrics 선택된디자인내의 Optimetrics의모든 setup을해석 [ 디자인명 ] : Nominal : [SetupName] 해당디자인의특정 setup만해석 [ 디자인명 ] : Optimetrics : [SetupName] 해당디자인의 Optimetrics 중특정 setup만해석 확장자가.bat 인파일을만들고텍스트로입력한후실행하면, 순차적으로해석 사용예제 c:\ansoft\hfss - BatchSolve d:\library\babo.hfss babo라는프로젝트를실행하고결과저장 c:\ansoft\hfss - BatchSolve Design1:Nominal:Setup1 d:\library\chunchi.hfss chunchi 라는프로젝트내의 Design1의 Setup1을해석하고결과저장 c:\ansoft\hfss - BatchSolve Design3:Optimetrics d:\library\sleepy.hfss sleepy 라는프로젝트내의 Design1의모든 Optimetrics 해석및저장 주의 : 디렉토리나프로젝트명에공백이나한글이없도록해야잘실행됩니다. 이곳에설명한이외의명령어가더존재합니다. 좀더자세한것이궁금하신분은 Help 파일이나 Tips & Solutions 고급교재를참조하시기바랍니다.

91 83 OPTIMETRICS 자동화변수설정하기 최적화 / 튜닝해석을위한변수등록 Project Tree 해당 Design 에서오른쪽마우스클릭 Design Properties Optimetrics 기능에있는각종최적화 / 튜닝 / parameter sweep 을위해서는제일먼저기존에있던변수들을각과정에서개별적으로등록해주어야합니다. 각 Optimetrics 기능별로사용하고자하는변수를체크해야지만해당기능에서변수를활용할수있습니다. (Optimization, Tuning, Sensitivity, Statistics 항목별로모두따로체크해주어야합니다.) 변수가많은경우, 모든변수를 Optimetrics에서사용하면매우어수선해지기때문에, 다소귀찮더라도이런별도의변수등록과정을통해필요한변수만조절하도록하고있습니다. Optimetrics 기능들은모두별도의라이센스가필요한옵션기능입니다.

92 OPTIMETRICS Parametric 활용 84 특정변수를자동으로 Sweep 하여결과보기 Menu: HFSS Optimetrics Analysis Add Parametric Parametric 이란, 특정한변수에범위를주고 Sweep 시켜가며각각의해석결과를수집하는기능입니다. 실제로설계과정에서가장많이하는노가다라고할수있는데, HFSS 의 Optimetrics 에있는 Parametric 을이용하면이러한과정들을자동화할수있습니다. 적용할변수의 Sweep 범위를지정하고 Add 를누릅니다. Project Tree 에생긴 PrametricSetup 아이콘에서마우스오른쪽을클릭하면 Analyze 를실행할수있습니다. 변수를바꾸어가면서해석한결과들이각변수값들과함께하나의그래프에표시됩니다.

93 85 OPTIMETRICS Parameter Sweep 분산처리하기 (DSO) Parameter Sweep 을분산해석하여속도올리기 Project Tree 의 Optimetrics Parametric Setup 에서마우스오른쪽클릭 Distribute Analysis Optimetrics 에설정된 Parameter Sweep 을 step 별로여러대의컴퓨터에각각분산시켜해석시킨후다시취합하는기능입니다.( 이기능은 DSO 라고불리우기도합니다.) 이것이진정한삽질! DSO 는변수를 sweep 해가며해석할시, 각각의변수에의한해석을여러대의컴퓨터가따로계산한후, 서버컴퓨터가그결과들을모아서하나의리포트로보고하는기능을제공합니다. 단순한기능이지만, 해석시간이오래걸리는구조물의변수를빠르게 sweep 하고싶을때유용한옵션입니다. 변수 1 변수 2 변수 3 변수 4 DSO 는별도의라이센스가필요한옵션기능입니다.

94 OPTIMETRICS Optimization 활용 86 최적화 : 원하는특성이나오는변수찾아내기 Menu: HFSS Optimetrics Analysis Add Optimization 최적화는, 원하는특성값을만족하는특정변수값을찾아내는기능입니다. 변수 : 안테나위치를변경해가면서 S 파라미터계산 목표치 : 이범위에서 S11 db를 -10 이하로한다. 1. 최적화알고리즘선택 Quasi Newton Pattern Search SNLP Integer SNLP Generic 3. 가변시킬변수와가변범위를지정 2. 목표로하는특성값을설정 실행! 구조와특성별로궁합이잘맞는최적화알고리즘이있습니다. 좀더자세한최적화알고리즘별사용가이드는 Tips&Solutions 교재를참고해주세요.

95 87 OPTIMETRICS Sensitivity & Statistical 해석 변수민감도분석 / 통계적해석하기 Menu: HFSS Optimetrics Analysis Add Sensitivity / Add Statistical Sensitivity Analysis 와 Statistical Analysis 는확률통계적접근방법으로써, 해석시간이상대적으로긴 HFSS 에서는자주사용하는기능은아닙니다. 그러나제품생산의관점에서는유용한 function 이므로, 여기서는이 analysis 들이가지는의미를이해한후에, 향후필요시에활용했으면합니다. Sensitivity Analysis ( 민감도분석 ) Sensitivity 분석은일종의확률분석으로써, 제품을구성하는여러부분또는부품들의불량률과 Tolerance 를 Simulation 에반영하고해석하는기능입니다. 즉하나의부품의특성값이확률적으로 5% 범위내에서흔들린다면, 전체성능은얼마나영향을받을것인가? 를체크하는과정입니다. Statistical Analysis ( 통계적해석 ) Statistical Analysis 란, 확률적인불량률을근거로, 그결과의집계에대해통계적으로접근하는해석입니다. 즉불량과오차들이쌓여서전체적인제품의 spec 변화를통계적으로관찰하고, 최종적인양산 Yield ( 수율 ) 가얼마일지예측한다던지하는작업을수행합니다.

96 OPTIMETRICS Tuning 활용 88 변수를바꾸면바로해석하여결과보여주기 Menu: HFSS Optimetrics Analysis Tune Tuning 기능은, 여러가지변수들을변경했을때즉시해석해서결과를업데이트해주는기능입니다. 회로해석 Tool 에서는흔히사용되지만, HFSS 와같은 3D tool 은계산시간이오래걸려서곧바로적용하기에는어려움이많긴합니다. 만약해석시간이그리길지않은구조물이라면. Tuning 기능을이용하여간편하게빠른결과를확인할수있습니다. Real Time 의체크를해제하면튜닝이실시간으로동작하지않고, 변수조절후 Tune 버튼을눌러야만재해석에들어갑니다. HFSS 해석시간이쫌되다보니사실상 Real Time 으로결과를보기엔버거운감이있습니다. Real Time Update Bar 를마우스로올리고내리면다시해석이진행되어결과그래프를바로보여줍니다.(Real Time 이설정된경우 )

97 89 OPTIMETRICS Designer를이용하여최적화하기 HFSS 보다 100 배빨리최적화하는방법! Designer Menu insert HFSS Design Ansoft 의회로 / 시스템시뮬레이터인 Designer 에서 HFSS 모델을불러올수있는데, SnP 와같이 S 파라미터를불러오는것보다훨씬수준높은 import 가가능합니다. Designer 에서는 HFSS 프로젝트자체를통째로불러서그프로젝트에담긴 HFSS 형상의변수, 해석결과및 parametric 해석데이타까지싸그리몽창 Link 가가능합니다. 그리고이렇게 HFSS 의 Parameter sweep 결과를불러옮으로써, 고속의최적화가가능해집니다. HFSS 프로젝트를통째로 Link 하면개체의형상까지아이콘으로따옵니다. HFSS Port1 LumpPort1:1 0 Designer Designer + HFSS Simulation Parametric Sweep data 위와같이 HFSS 에서주요변수에대해 Parametric 해석을해둔 HFSS 프로젝트를 Designer 로불러오면, Designer 에서변수별결과값을 Interpolating 하여결과범위를확장한라이브러리로만들고, Designer 에서최적화를실행하면 HFSS 의변수에대해목표치를만족하는최적의변수값을찾을수있습니다. 이는불과 10 초정도면끝나는과정으로써, HFSS 에서행하는것보다백배가까이빠르게해석할수도있습니다.

98 RESULT 이전에해석한그래프와겹쳐서보기 90 해석을진행하면서예전결과와그래프를겹쳐보고싶을때 Menu: Result 2D Accumulate 모델을고쳐가며여러번해석하다보면, 바로전에해석했던그래프를계속화면에남겨서변경된그래프와비교해보고싶을때가많습니다. 이때를위해있는기능이바로 Accumulate 이며, 초보시절에은근히몰라서헤메이는기능이기도합니다. 이기능은그래프상에서마우스오른쪽버튼을누르고선택할수도있습니다. Accumulate 기능이계속켜있으면, 그이후에실행되는해석의데이터는계속화면상에누적됩니다. 바로전에돌렸던 sweep1 의데이터가화면에그대로남아있어서즉시비교가가능해집니다. Ansoft Corporation XY Plot 4 HFSSModel1 Ansoft Corporation XY Plot 4 HFSSModel db(st(p2_t1,p2_t1)) Curve Info db(st(p2_t1,p2_t1)) Setup1 : Sw eep1 db(st(p2_t1,p2_t1)) Curve Info db(st(p2_t1,p2_t1)) Setup1 : Sw eep1 db(st(p2_t1,p2_t1)) Setup1 : Sw eep Freq [GHz] 처음돌렸던 Sweep1 data Freq [GHz] 모델을수정하고다시해석한두번째 Sweep2 data

99 91 RESULT Report Template 의활용출력변수 한번다듬어놓은그래프포맷을재활용하고싶을때 Save As Template & Report Templates 주로관찰하는특성그래프에마커, 특성값및좌표출력범위등세세한설정을가한후에, 그것을템플릿으로저장하여다음의다른결과에도그대로써먹을수있습니다. Ansoft Name Corporation X Y m m XY Plot 4 HFSSModel1 m db(st(p2_t1,p2_t1)) m1 Curve Info max avg db(st(p2_t1,p2_t1)) Setup1 : Sw eep1 db(st(p2_t1,p2_t1)) Setup1 : Sw eep Freq [GHz] 1. 우선현재의그래프에마커, 특수변수및 X,Y 좌표범위를나름정한후에.. 2. 화면에서마우스오른쪽버튼을누르면나오는메뉴에서 Save as Template 를눌러저장해둡니다. Ansoft Name Corporation X Y db(st(p2_t1,p2_t1)) m m m XY Plot 1 HFSSModel1 max av Curve Info db(st(p2_t1,p2_t1)) Setup1 : Sw eep1 m Freq [GHz] 3. 나 ~ 중에그 Template 를다시쓰기위해 Results 에서오른쪽마우스클릭하면나오는메뉴의 Report Templates 를선택하고저장한파일을불러오면 4. 현재작성된리포트가없더라도알아서예전에만들어둔 Tamplate 에현재의데이터에맞춰서리포트창을띄워줍니다. 이기능을잘활용하면그래프를다듬는데들이는반복적인시간을줄일수있습니다.

100 RESULT S 파라미터저장하기 92 S 파라미터결과를여러가지형태의외부 format 으로 Export Project Tree 에서 Analysis 의 Setup 에서마우스오른쪽클릭 Matrix Data Equivalent Circuit Export 버튼 Export 가능한포맷은아래와같습니다. Touchstone : s2p, s3p, snp 등가장범용적인 S 파라미터파일 Matlab : m file Planar EM / HFSS v6 :.szg 파일 Data Table ( 엑셀등을위한 ) : tab 구조의 Text 파일 Citifile : 계측기등에서사용되는.clt 파일 neutral Model Format :.nmf 파일 또는, 간편하게그래프상에서오른쪽마우스버튼을누르면나오는 Export Data 를이용하여곧바로 csv 나 txt 와같은텍스트데이터로저장하고불러오는것도가능합니다. S 파라미터를 Export 할때는, 특정임피던스로 Renormalize 하는것도가능합니다.

101 93 RESULT SPICE 모델생성하기 Transient 해석이가능한 SPICE 모델로 HFSS Export 하기 Project Tree 에서 Analysis 의 Setup 에서마우스오른쪽클릭 Matrix Data Equivalent Circuit Export 버튼 3 차원의 HFSS 해석결과를 SPICE 등가회로로 Export 하려면몇가지전제조건이있습니다. Solution Type 은 Driven Terminal 로해석 Sweep Type 은 Interpolating Type 이용 Sweep 설정중 Extrapolation to DC 를체크 Format : 출력하고싶은모델타입을선택 Desired Fitting Error : 최대차수와최소차수의허용오차 Maximum Order : 전달함수의최대차수 Use Common Ground : 출력하는모델의그라운드를공통화 Enforce Passivity : Passivity 를어기지않도록설정 Lumped Element Export : 등가회로모델을출력할때에이용하는설정 ( 파장에대해서충분히작은집중정수모델의경우에주로이용 ) Partial Fraction Expansion for Matlab : Matlab용으로출력하기위한설정 W-Element Model : W-Element를출력하기위한설정 Combine Sweeps : 주파수 Sweep 설정이여러개일때합치는버튼 Full-wave SPICE Export 기능은별도의라이센스가필요한유료옵션입니다.

102 RESULT 여러 Sweep Data를합치는법 94 주파수구간을분리하여 Sweep 한 data 를하나로합치기 Project Tree 에서 Analysis 의 Setup 에서마우스오른쪽클릭 Matrix Data Export Matrix Data Combine Sweeps 광대역의주파수구간을 Sweep 할때는, 구간을나누어가면서구간별로최적화된 Mesh 를통하여계산하는것이정확할수있습니다. 이때쪼개어해석한 Sweep data 는 Combine Sweeps 라는기능을이용하여하나의데이터로합칠수있습니다. 이기능을위해서는반드시 Interpolating Sweep 으로해석되어야합니다. 이미해석된결과에 Sweep data 가 2 개이상있으면, Export Matrix Data 메뉴창에 Combine Sweep 버튼이나타난다. 합칠 Sweep 들을선택하고 Combine 을누르면통합된 S 파라미터가저장된다.

103 95 RESULT Output Variable 설정하기 정해진출력값이외의데이터를바로보고싶을때 Rectangular Plot 창 Output Variables Analyze 를하고나면온갖 matrix 형태의데이터들이생성되는데, S/Y/Z 파라미터와같은일반적인해석결과들을조합하고수식을만들어새로운변수로써 Plotting 혹은저장이가능합니다. 추가 등록된온갖수학함수를이용하여변수작성에활용할수있습니다. 해석결과데이터중원하는값을골라서수식에추가할수있습니다. 다음페이지에예제가 ~

104 RESULT Y 파라미터로 L값구하기 96 Inductor 를해석한후, 주파수응답으로부터 L 값을뽑아내기 Menu: HFSS Reports Create Rectangular Report 스파이럴인덕터의 L 값을 S 파라미터데이터에서역변환해야하는경우가은근히많습니다. 이때 Output Variable 에서 Y21 값을기반으로간단한수식을통해즉시 L 값을그래프로확인할수있습니다. 수식 : -im(1/y(waveport2,waveport1))/(2*pi*freq) Y 파라미터로부터바로계산된주파수별인덕턴스그래프

105 97 RESULT Port Field의의미 Port Field Display 에서알수있는것은? Project Tree 에서 Port Field Display Project Tree 에보면 Plot Field Display 라는항목이상주하고있습니다. 이는 Driven Modal 방식에서, 각 Port 별로지정된모드만큼발생한포트단면의필드모양을보여주는것으로써, 이를확인하면 Port 에생성된전자계모드에대하여직관적으로파악할수있습니다. 빠른모드분석을원할경우, 간단하게 Port 의모드와 Impedance 만먼저풀어볼수도있습니다. Mode 1 : TE10 Mode 2 : TE01 Mode 3 : TE20 Mode 4 Mode 5

106 RESULT 임의의면에서 Field 보기 98 개체와상관없이임의위치에서 Field 결과를보고싶을때 Menu : Draw Plane 특별한설정이없는경우, Field Plot 은특정개체의면과체적을먼저선택하고그에대해서만 field 분포를확인할수있습니다. 만약특정한위치나각도에서의 field 분포를보고싶다면, 해석에는고려되지않는별도의 plane 을설정해야합니다. Plane 은 Draw Plane 메뉴에서생성이가능하며. Plane 메뉴를선택한후에설정하는순서는아래와같습니다. 1. 먼저 plane 이위치할면의좌표점을선택하고 enter 혹은더블클릭을누릅니다. 이때정확한원점위치를잡기위해서는마우스보다는하단의좌표입력창을이용하는것을권장합니다. 2. 그다음처음찍은점을기준으로, normal vector, 즉수직이되는방향의점을지정하고더블클릭 / 엔터를누릅니다. 이점을어떻게정하느냐에따라좌표계에직교한 plane 을만들수도있고, 기울어진 plane 을만들수도있습니다. 생성된 plane 은중간의 model tree 의 planes 항목에추가되며, 이 plane 에 field 를 plot 하고자할때는먼저여기서 plane 을선택하여위의그림처럼선택상태를만든후, 메뉴에서 HFSS field plot 을수행하면해당 plane 에서 field 가표시됩니다. XY, YZ, ZX 평면은기본적으로 plane 에만들어져있으므로별도로생성할필요가없으며, 임의좌표인경우에만 plane 을별도로만들면됩니다.

107 99 RESULT 입력조건과 mode별로 field 보기 Port 혹은 mode 가여러개일경우입력설정을변경하기 Menu : HFSS Fields Edit Source 여러 Port 를사용하거나, 하나의 port 에여러 mode 를설정한경우, field plot 을하게되면 1 번 port 의 1 번 mode 에입사된전력에대해서만 field 를보여주게됩니다. 만약이러한경우특정한 port 의특정한 mode 에서입력된전력에대한 field 를보고자한다면, Fields 메뉴에있는 Edit source 를통해입력을변경할수있습니다. WavePort 1 : 1 Port 번호 Mode 번호 Scaling Factor : 1W 를기준으로, 이값에 1 을넣으면해당 port 에 1W 가입력된다는의미입니다. 즉전력을입사하고자하는 port 외에는 0 을입력하면됩니다. 만약여러개의 port 에동시에 0 이아닌값을입력하면, 여러 port 에다양한전력이입사되어합성된 field 가 plot 됩니다. Offset Phase : 각입력별로입사되는교류전력의위상을따로따로지정할수있습니다. Port 별로입력위상이다른 Coupler 와같은구조물의경우유용하게활용됩니다. Port 1 mode 1 입력 Port 2 mode 3 입력 Port 1 mode 2 + Port 2 mode 4 입력

108 RESULT Field Calculator 사용하기 100 Field Plot 에수학적계산을적용하여다른값을얻고자할때 Menu: HFSS Fields Calculator 간혹 HFSS 에서해석한 Field Plot 을다른형태의값으로바꿔야할때가있습니다. 이때 Field Data 를 text 로받아서외부의수학계산프로그램을통해가변할수도있겠지만, HFSS 자체에는이미 Field Calculator 라는매우훌륭한수학계산프로그램이탑재되어있습니다. 이 Field Calculator 에서는일반공학용계산기처럼각종수학계산은기본이요, 적분 / 미분 / 편미분및 (divergence) 나 x (Curl) 등의 고난이도계산도가능합니다. Field Calculator 의응용수식 1 * E dl D E 4 ComplexMag B ds 입체의 Field data 를이용하여오만가지수학계산결과도출가능 HFSS Field Calculator 는하나의공학계산기로써, Field Data 를통째로다루기위해서는사용법을잘배워야합니다. 자세한사용법안내는 Help 나 Tips&Solution 교재를참조하세요.

109 Final Tip! Use Help file 대부분의사용상의방법이나기술적내용은이미 Help 파일에있습니다. 보다자세한궁금증은 HFSS 프로그램상에서 Help 를띄워서검색해보시면왠만한답은이미여러분컴퓨터안에있었다는사실을알게됩니다! 또한 HFSS 가설치된디렉토리밑의 Help 디렉토리에는아래와같이유용한 PDF 매뉴얼문서들이있으니참고하시기바랍니다. - hfss_onlinehelp.pdf : 800페이지에달하는 HFSS Full Manual - antenna.pdf : 안테나예제를통한 Getting Start - TeeGSG.pdf : 도파관 Tee 예제를이용한 Getting Start - OptimTee.pdf : 도파관 Tee 예제를이용한최적화 Getting Start - waveguide.pdf : 도파관컴바이너예제를이용한 Getting Start - HFSSFloquet.pdf : v11에추가된 Floquet port 예제를이용한 Getting Start

110 HFSS 를잘쓰기위한 10 Keywords 듣긴많이들어봤는데.. 막상실제로뭔의미인지는알딸딸 ~ 한 10 가지기본개념을쉽게이해해봅시다! 열공하삼!!! 맥스웰방정식유한요소법어댑티브메쉬 S 파라미터임피던스공진전송선로포트와터미널모드등가회로 111 Maxwell Equation 222 FEM 333 Adaptive Mesh 444 S parameter 555 Impedance 666 Resonance 777 Transmission Line 888 Port & Terminal 999 Mode 1111SPICE

111 KEYWORD 1 Maxwell Equation 많이알려져있다시피, HFSS 는맥스웰방정식을푸는 Solver 입니다. 전자장이라면전자기학이라는과목들을들으셨을텐데, 전자기학의핵심이긴하지만가장이해하기난해한수식이죠? HFSS 를쓰는데있어서맥스웰방정식을증명할필요는전혀없지만, 적어도그방정식이의미하는물리적인의미를이해한다면 HFSS 의해석원리그자체를이해하는데도움이될것입니다. 맥스웰방정식은아래와같이 4 개수식의종합선물세트로구성되어있습니다. 1. Faraday 의법칙 : 자계가시간에따라변화하면그주변을도는전기장이발생한다. 2. 일반화된 Ampere 의법칙 : 시간에따른전기적변화가발생하면그주변을도는자기장이발생한다. 3. Gauss의법칙 : 공간에전하가존재하면, 그에비례하는전기장이발생된다. 4. 자속의연속성 : N극과 S극은분리되어존재하지않으며항상폐루프를형성한다. 위와같이풀어서설명해도, 완전하게이해하기는힘든수학적수식입니다. 이렇게알딸딸한맥스웰방정식을그나마가장쉽게풀어놓으면이런의미입니다. 전기장이발생하면그에수직하는자기장이발생하고, 그역도성립합니다. 즉시간에따라변화하는, 즉주기성을가지는전기장과자기장은항상공존하며서로가서로를생성해냅니다. 전기장은전압의근원이되고, 자기장은전류의근원이되므로, 맥스웰방정식을이용하면모든전자전기현상을분석할수있습니다. 그리고 HFSS 는임의의 3 차원형상에대해전자기현상의근원적수식인맥스웰방정식을푸는 Simulator 입니다. 그렇기때문에그어떤 simulation 보다가장원초적이며, 가장근원적이며, 가장정확한분석이가능하게됩니다. 대부분의전자전기해석방법은, 특정한형태로모델링된계산식을이용하여제한된해석을하는경우가많습니다. 그반대로임의의형상을있는그대로쪼갤수있는 FEM mesh 에기반한맥스웰방정식 solver 는, 해석대상이나해석가능한주파수의제한이없습니다. 이렇듯 HFSS 가가장원초적인해석툴인것은분명하지만, 그만큼사용자자신의해석대상에대한이해도와이론적지식의정도에따라해석의효율이나정확도가영향을받기도합니다. 세상에공짜는없는법인것이죠. ^ ^

112 KEYWORD 2 FEM BONUS HFSS 에서사용하는 FEM (Finite Element Method) 는공학계에서범용으로사용되는구조해석방법입니다. FEM 은전자공학보다는건축학과기계공학등에서먼저역학관계를풀기위해고안된알고리즘으로써, 해석대상을사면체구조, 즉삼각형의입체 mesh 로분할하고, 각변과점에서일정한수식을연차적으로풀어냄으로써전체구조의특성을도출하게됩니다. HFSS 에서사용하는 FEM 은결국이러한삼각형의 mesh 를기본으로, 각 mesh 의변과점에서 Maxwell equation 을계산하여전자계해석결과를얻어냅니다. HFSS 가사용하는 FEM 방식은 Tangential FEM 방식으로써, 기존의 FEM 알고리즘에서 mesh 의변에대한계산방식을개선함으로써고주파의 spurious mode 를최소화한독자적인방식입니다. 고주파에서 FEM 을적용하면해석시간이매우오래걸리게되는데, Ansoft HFSS 는이러한고유의 tangential FEM 알고리즘을사용함으로써, 속도를획기적으로증가시킨상용알고리즘입니다. Tangential Vector Ansoft 의창립자이자회장인카네기멜론대학의 Zoltan cendes 교수는 FEM 수치해석분야의세계적인석학으로서, HFSS 는외부의기술을도입한것이아닌, Ansoft 자체의고급연구인력과독자적인특허알고리즘에의해개발된 tool 입니다. 바로그러한개발의배경이, HFSS 가 FEM 고주파해석분야에관해서별다른경쟁시뮬레이터가존재하지않는, 독보적인위치를차지하게된이유이기도합니다. 삼각형의 mesh 를사용하는 FEM 알고리즘의장점은아래와같습니다. 1. 어떤형상이든그모양에맞게 mesh로정확하게분할할수있습니다. 이는삼각형모양특성상모든구조물에대해재질과모양별로정확하게구분된 mesh를구현할수있다는뜻으로써, 해석대상에제한이없다는것을의미합니다. 2. Energy function을이용하여, adaptive한 mesh를구성할수있습니다. 사용자의간단한설정만으로도정확한계산이가능한최적의 mesh를자동적으로생성해내는것이가능해집니다. 3. 고주파전자기수치해석방법중에서가장정확한해를구할수있습니다. 별도의 approximation 이최소화된알고리즘이기때문에, 모든수치해석법을통틀어이론적으로 standard & reference 가되는정확도를제공합니다. 특히주파수영역에서직접 Maxwell equation 을풀기때문에, 가장정확한주파수정밀도를제공합니다.

113 KEYWORD 3 Adaptive Mesh HFSS 를오래써온사용자분이라면, 십중팔구 HFSS 의기장큰장점은바로 adaptive mesh 라고대답할것입니다. Adaptive mesh 는사용자가몇가지중요한조건을설정하면최적의 mesh 를자동으로생성해내는알고리즘으로써, HFSS 사용자라면반드시정확하게이해하고있어야지만정확한해를얻을수있습니다. 1. Initial mesh 생성구조물의각모서리들을연결하여 1 차 mesh 를생성후 solution frequency 에서정한주파수를기준으로모든 mesh 의길이가특정한파장의길이보다작아질때까지추가적으로 mesh 를분할한다. 2. Initial mesh 에서의 S 파라미터구하기 3. New Pass : 추가 Mesh 분할후 S 파라미터다시구하기 에너지가불연속인지점에 mesh 를일정량추가함 4. Delta S 계산및설정된 Delta S 와비교 바로이전 pass 에서구한 S 파라미터와현재의 S 파라미터의차이를 Delta S 로정의 설정된 Delta S 보다작아질때까지 Pass 수내에서반복 5. 안정된 mesh 생성. Adaptive mesh 종료 만약정해진 pass 수내에서 delta S 를만족하면 pass 수와상관없이 mesh 생성은종료되며, 정해진 pass 를모두돌아도 delta S 가수렴되지못하면해당 pass 수만큼만 mesh 를만들어냅니다. 그래서특별히수렴이잘안될만한특이한구조가아닌이상, Pass 수는충분한수렴을위해넉넉하게설정해두는것을권장합니다. 결국 HFSS 에서의 adaptive mesh 는 delta S 에수렴, 즉 S 파라미터가안정화되는값을가질때까지 mesh 를나누게됩니다. 이는 Mesh 를더이상나누어도 S 파라미터결과가변하지않을때까지 mesh 생성을계속한다는뜻으로써, 고주파에서가장애용되는 S 파라미터자체에최적화된, 효율적인 Mesh 자동생성방법입니다.

114 KEYWORD 4 S parameter BONUS S 파라미터는고주파에서애용되는특성지표입니다. HFSS 는 mesh 생성자체를 S 파라미터의수렴을기준으로삼으며, HFSS 결과에서도가장흔히보게되는지표가됩니다. S 파라미터는 Scattering Parameter 의지표로써, 주파수별입력대출력전압비를의미합니다. 이는실제로여러주파수대역을다룰때, 매우간단하고직관적으로특성지표를정리해주게됩니다. S 파라미터는뒤에두개의숫자가붙는데, 첫번째숫자는출력 port 의번호, 두번째숫자는입력 port 의번호를의미합니다. 이두개의숫자가무엇이냐에따라반사계수와전달계수로구분되어지게됩니다. S 출력 Port 번호 입력 Port 번호 Port1 1 2 ref 0 Port2 예를들어위와같이 2 개의 port 가달린경우의예를든다면 S11 : 1 번포트에서입력되어 1 번포트로나오는전압 입력된것이되돌아오는것을말하므로, 1 번의반사계수를의미 S21 : 1 번 port 에서입력되어 2 번 port 로출력된전압 1 번에서 2 번으로전달된전달계수. 즉얼마나많은양이전달되는가.. 만약 HFSS 모드를여러개설정한경우라면, 각모드별로추가적인 S 파라미터들이생성됩니다. 이러한 S 파라미터는 port 수의제곱만큼생성되기때문에, 항상 2x2, 3x3 과같이정방형행렬 (matrix) 로만들어지게됩니다. 고주파에서 S 파라미터가애용되는이유는, 저주파와달리특정지점에서의시간에따른파형을측정하기가어렵기때문입니다. 입력 port 에서의전압파형이라던지, 출력 port 에서의전압파형은고주파에서정확하게측정하기가힘듭니다. 그래서 S 파라미터는특정타이밍이아니라어떤 static ( 정상상태 ) 에서, 빠르게변하고있는입력과출력신호를그대로나누어서구합니다. 이렇게측정하면아무리전압파형이빠른속도로음과양을오가며진동하더라도, 입력주파수와출력주파수가같은상태라면똑같은주기로진동하기때문에그둘간의비율은항상일정하기때문입니다. 이렇게각주파수마다일일히입출력전압비율을측정하여여러주파수로 sweep 한것이, 우리가일반적으로보게되는 S 파라미터그래프가되는것이지요.

115 KEYWORD 5 Impedance 전자장이, 특히 RF 장이들에게임피던스라는말은, 입에붙어다니는일상어같은용어입니다. 그런데질문을받으면막상그의미에대해선명확히설명하지못하는경우가많은것같습니다. V Z = I 임피던스 (Z) 의정의는전압과전류의비를의미하며, 즉전류가얼마이면그에따라얼마의전압이생성되느냐를정해주는 " 부하 (Load)" 의의미입니다. 임피던스는종종우리말로는 " 교류저항 " 이라불리우는데, 주파수에따라달라지는저항이라는의미이지요. 하지만, 정확히말해서 " 저항 " 이라는말은마치무언가를소모한다는뜻처럼들리기때문에다소부적절한표현이며, 전압과전류의비를정해준다는의미가맞습니다. 여기서임피던스를 " 부하 " 라고정의했는데, 즉어떤전류신호가특정한임피던스를만나면, 얼마만큼큰전압신호가크게걸리느냐를의미합니다. 즉위의삽화에서표현되듯이, 전류신호가큰임피던스를만나면큰부하 ( 짐 = 전압신호 ) 가걸리고, 작은임피던스에는작은부하 ( 짐 = 전압신호 ) 가걸립니다. 주파수입장에서의임피던스는, 위의기본수식처럼 DC 저항값 R 과, 양의복소성분으로동작하는인덕턴스 L, 음의복소성분으로동작하는캐패시턴스 C 로조합됩니다. 이 L 과 C 에의한임피던스는주파수의곱의관계로정의되므로, 같은 L,C 값이라도주파수가크냐작으냐에따라임피던스가달라진다는사실을알수있습니다. 그렇기때문에임피던스는주파수에따라달라지는저항처럼묘사되는것입니다. 고주파에서임피던스와관련하여가장중요한사실은, 고주파신호가전송될때중간에급격한임피던스의변화가발생하면반사가발생한다는점입니다. 임피던스가중간중간에변한다는것은쉽게말해서, 고속도로가 3 차선, 4 차선 2 차선과같이차선폭이마구바뀌는것과같습니다. 만약이런경우라면차량의흐름이원활할리가만무하겠지요. 그래서고주파에서는이러한임피던스변화점에서반드시임피던스매칭의개념을도입하게됩니다. HFSS 를사용하는데는다른무엇보다임피던스의개념이명확해야합니다. 실제사용상의많은의문점이나어려운점은바로이런기본개념에서의혼동인경우가많으므로많은훈련을통해임피던스의개념이몸에배어야합니다.

116 KEYWORD 6 Resonance BONUS 고주파에서공진 (Resonance) 이라는현상을뺀다면아마아무것도설명이안될것입니다. 공진은특정주파수에에너지가집중되는현상으로써, 주파수선택적특성을가지는모든경우에적용되는개념입니다. 이는 HFSS 와같은 3 차원구조해석의경우에더욱두드러지게나타나는개념이며, 구조물의공진은주파수선택적특성을의미하기때문에, 항상그공진의득과실에대해주의깊게관찰해야합니다. 일반적으로 Eigenmode 와같이공진자체를따로해석하는경우보다는, 기본해석형태인 Driven Modal 과같은경우에서의 S 파라미터를보며공진형태를관찰해야하는경우가많습니다. S 파라미터에서공진주파수는 S11, S22 와같은반사계수가밑으로뚝떨어지는형태로나타나며, 이는해당주파수에서반사가없이구조물에잘전달되어, 구조물에에너지가집중된다는뜻입니다. 실제이러한공진그자체를이해하기보다는, 각해석구조물의목적에맞게공진형태를알아볼수있는능력이중요합니다. 즉특정주파수에서발생한공진이설계목적에맞는것인지, 아니면잘못된것인지를판단하는기본개념이필요합니다. 왼쪽은 Antenna 와같은 1 port 구조물의 S 파라미터입니다. 이경우특정주파수에서 S11 이밑으로쭉빠지는형태를보이며, 이주파수에서공진 ( 에너지집중 ) 이발생하고있다는뜻입니다. 안테나의경우이와같은 S11 이라면, 저공진주파수에서안테나에입력된에너지가반사없이흡수되어공기중으로내뿜어진다는의미가됩니다. 두번째그림은, BPF( 대역통과필터 ) 의 S 파라미터사례입니다. 파란색 S11 그래프가여러군데에서밑으로빠지는데, 이는필터내부에 4 개의공진기가있어서그것들의합으로보여지는것입니다. 이는결국광대역의공진을형성하며, 공진되고있는주파수의에너지가필터를통과되고있다는뜻입니다. 이와같이 HFSS 와같은고주파해석툴에서 S 파라미터를관찰하며공진의의미를이해하기위해서, 해석하려는구조물의이론적특성과목적을먼저이해하고있어야합니다.

117 KEYWORD 7 Transmission Line 고주파에서는 transmission line, 즉 " 전송선로 " 라는말을애용합니다. 전송선로는말그대로어떤신호를전달하는선로를의미하는데, 그렇다면왜고주파에서유난히전송선로라는개념을들먹일까요? 우선전송선로의기본수식을한번살펴보도록하겠습니다. 위의전송선로임피던스식을자세히관찰해보면알수있듯이, 수식자체에주파수의역수인파장 (λ) 이존재합니다. 그래서주파수가낮은경우 ( 파장이긴경우 ) 에는주파수관련항목 (β) 이무시되지만, 주파수가높아서파장이짧아지면주파수를고려해야합니다. 즉, 우리가다루는모든선로는이전송선로에해당하지만, 주파수가높을경우에는좀더복잡한양상으로해석해야한다는의미입니다. 결과적으로전송선로는 " 주파수를고려한선로 " 라고정의할수도있으며, 전송선로라는언급을한다는뜻은, 파장에비해짧은선로는주의깊게다루어야한다는의미입니다. HFSS 는언제나주파수의개념을도입하여계산하기때문에, 이미기본적으로모든선로를전송선로의개념에입각하여해석합니다. 다른점이라면, 위와같은전송선로수식은회로적으로정의되는수식이며, HFSS 는단순히수식화된전송선로가아닌, 실제구조에대해맥스웰방정식을풀어버림으로써모든선로의 coupling 이포함된, 가장완벽한전송선로의해를구한다는점입니다. Microstrip 선로 E field 분포단면의 quasi-tem field 위와같이고주파에서일반적으로가장많이사용되는전송선로인 Microstrip 의경우, 진행방향에전계와자계가수직하는 TEM mode 형태로주로진행하게됩니다. 정확히는일부 fringing field( 옆으로새는비스듬한 field) 가포함된 quasi-tem mode (quasi 는짝퉁이라는뜻입니다 ) 로진행되며, HFSS 는여러선로의 fringing field 간의 coupling 까지모두계산한, 종합적인해를구하게됩니다.

118 KEYWORD 8 Port & Terminal BONUS HFSS 에서는, 구조자체의공진만체크하는 eigenmode 해석을제외하면, 반드시어딘가에급전이있어야만합니다. 즉어디선가신호전력이공급되어야그것에대한에너지분포를계산할수있기때문입니다. 이러한급전방식에는 2 가지개념이존재하는데, 바로 port 와 terminal 이라불리우는것입니다. 언뜻보면그말이그말같지만, 엄연히의미가다릅니다. HFSS 에는 Driven modal 과 Driven terminal 의해석방법을제공하는데, 이는 HFSS 설정과해석전에반드시제일먼저정해주어야합니다. 통상 default 로는전통적인 driven modal 이자동으로세팅되는데, 경우에따라서는 driven terminal 로설정하여해를구해야만합니다. 바로이러한설정법을이해하려면, 우선 port 와 terminal 의정의부터명확히이해해야합니다. Port 는전통적인고주파급전법으로써, 쉽게말해서동축선으로통째로신호를인가하는경우와같다고보시면됩니다. 동축선은양극과음극이하나의선로에합쳐진, 즉선로그자체로신호선과 GND 가포함된하나의신호쌍덩어리이죠. 이렇게양 / 음이하나의단자로이루어져구조물에급전되어, 그구조물의특성에맞게여러 mode 가알아서지맘대로생성되어진행되게됩니다. 즉 Driven Modal 과같은경우, 이러한 Port 구조를이용하여실제구조물에서발생되는진행 mode 를찾아내게됩니다. 대표적으로 waveguide port 가이런특성을갖게됩니다. Terminal 은전자회로전반에서통용되는개념의급전구조로써, Lumped port 와같은경우가대표적인 terminal 급전방식입니다. 이름은비록 lumped port 라고해서 port 라는단어가붙어있지만, 실제의미는 terminal 에가깝지요. Terminal 은 Port 와마찬가지로양의단자와음의단자가존재하지만, 위에서언급한 Port 처럼그냥어떤면에전자파를입사하는개념이아니라, 두개의금속선로에사람이임의로전위차를걸어주는형태가됩니다. 그렇기때문에자동적으로 mode 가생성되는개념이아니라, 사용자가지정한 mode 와입력임피던스를갖고동작하는것을기본으로하고있으며, 그러한경우에 Driven Terminal 이라는해석방법으로접근하는게유리하게됩니다. 실제 Lumped port 는 Waveguide port 와비슷한식으로사용되기도하지만, 다시말하지만 Terminal 의특성이라고할수있습니다. 언뜻보면 말장난아녀!? 할수도있지만, 이둘을명확하게구분할수있는개념을가지는것은, 해석대상을정확히분석하는데중요한역할을하게됩니다. 쉽게정리하자면, 전통적인고주파구조물은 Port 의관점에서접근하여자연적인 mode 생성을고려해야하고, SI 처럼전자회로적구조물을해석하는경우는 Terminal 의관점에서사용자에의해정해진신호와 mode 를급전하는것이유리합니다.

119 KEYWORD 9 Mode 고주파를처음접하는사람들이가장이해하기힘들어하는것중하나가바로 mode 개념입니다. 워낙에눈에보이지도않는전자기파를다루다보니더어렵게느껴지는듯합니다만, 역으로 HFSS 를많이사용하다보면오히려쉽게피부로느껴지기도합니다. 고주파에서 mode 라는개념이자꾸나오는이유는, 고주파의전자기파는구조물의형상과재질에맞추어다양한형태의파형으로진행되기때문입니다. 바로이렇게전자파가진행하는형태를 mode 라고정의하며, 기본적으로구조물을어떻게만드느냐에따라진행 mode 는자동으로결정됩니다. 문제는하나의전송로에 mode 가여러개발생할경우인데, 이경우다양하게전자파가진행하는 mode 들을에너지가큰순서대로늘어놓고, 순서대로번호나이름을매기게됩니다. 여기서가장큰에너지를전달하는 dominant mode 이외의 mode 는 higher order mode 라고부르며, 실제신호를어떤 mode 에실어서보내느냐에따라여러가지특성이달라지게됩니다. 통상 Microstrip 이나 Stripline 과같은전송선로는 TEM mode 가 dominant mode 로생성되어진행하게되며, 야리꾸리하게생긴 higher order mode 들도존재하긴하지만, 대부분의경우크게관심을두지않습니다. Mode 라는개념을가장적극적으로사용하는, 또는반드시고려해야되는응용분야는도파관 (waveguide) 분야입니다. 도파관은실제로급전하고나면여러가지형태의 mode 로진행파가진행되기때문에, 도파관을이용하여여러가지소자를설계할때는 mode 의변화와추이를잘관찰해야만합니다. Mode 1 : TE10 E field 분포단면의 quasi-tem field 보시다시피도파관에서는물리적인구조특성상저절로다양한모드들이에너지순서대로생성되게되는데, port 설정시 mode 수를적당히원하는만큼잡고 S 파라미터와 field 결과등을참조해가며, 필요한 mode 간의에너지전달과반사를잘조절해주어야합니다. 이런경우가아니면대부분 mode 는 dominant mode 하나만설정해도무방합니다.

120 KEYWORD 10 SPICE BONUS 자이제 spice 가필요해 ~ HFSS 는 3 차원의구조를주파수영역에서해석하는 tool 이며, option 으로제공되는 FWS (Full Wave SPICE) 기능을이용하면, 회로해석이가능한등가모델로만들수있습니다. SPICE 는 Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 의약자로써, ( 헉헉길다 ) 쉽게설명하면전자회로를하나의공용회로문서파일로표현하는방식을말합니다. 아무리복잡한회로라도, SPICE 의포맷을따르면 text 형태의 netlist 파일로만들수가있지요. 회로해석이가능하다는의미는, 주파수영역이아닌시간영역의 transient 와같은해석이가능하다는뜻입니다. 지금까지고주파에서는주파수해석만해도어느정도통해왔습니다만, 신호품질이중요한고주파해석, 특히 SI (Signal Integrity) 와같은영역에서는 3 차원구조물을고주파등가회로로만들어야하는경우가많습니다. 고로 HFSS 를이용하여고주파해석을하는경우, 전자장이의기본회로인 SPICE 에대한기본적인지식도알아두면좋습니다. SPICE 의포맷은생각보다매우간단한데, 아래회로의예를들어보겠습니다.. Port1 1 R3 2 L nH 50 C1 2pF 4 0 Port2 이간단한 RLC 회로를잘들여다보면, 각각의회로소자들이만나는 node 에 1,2,3,4.. 번호를매길수가있습니다. 이렇게매겨진번호를기준으로 SPICE 파일을만든다면, 아래와같은형태로 SPICE 파일이만들어집니다. ( 파란색글씨가 SPICE 파일의실제내용입니다.) R : 저항 R3가 node 1과 2 사이에 50옴의값으로걸려있음 L nH : 인덕터 L2가 node 2와 3 사이에 3.5nH의값으로걸려있음 C pF : 캐패시터 C1이 node 3과 4 사이에 2pF의값으로걸려있음 오호라! 정말원초적이고간단한포맷입니다. Node 번호만잘매겨진다면, 아무리복잡한회로라도저런식으로텍스트형태로파일을정리할수있습니다. 이것이 SPICE 포맷의전부는아니지만, 이런식으로 node 와그사이에걸린소자들과값을정리하는것이가장기본적인포맷이며, 보시다시피알고보면정말쉬운구조입니다. HFSS 는 3 차원구조물을저런범용 SPICE 포맷의등가회로로만들수있어서, 회로해석에서하나의소자처럼사용할수있게됩니다.

121 Co-Simulation with HFSS 안녕하세요? 저는 Ansoft 의설립자인카네기멜론대학의 Zoltan Cendes 교수입니다. HFSS 는 1990 년도에탄생한 Ansoft 의대표적인 EM simulator 로서, Ansoft 의다른 tool 들과완벽하게조화를이루어보다심도있고수준높은 co-simulation 을수행할수있답니다. Ansoft Designer RF 시스템 / 회로시뮬레이터 Designer 는고주파전용회로해석툴로서, HFSS project 를통째로 import 하여모든변수및결과데이터를직접 control 할수있습니다. 이는단순히 S 파라미터파일을불러오는것과는차원이다른활용을가능하게하며, 이를이용하여다른툴과의 co-simulation 및초고속 HFSS 최적화등등, 다양한방면으로 HFSS 모델을써먹을수있습니다. Nexxim Harmonic Balance + Transient solver Nexxim 은각종회로해석엔진개발자들을총집결하여만들어진최신의고성능 circuit solver 입니다. 특히타의추종을불허하는속도와수렴성을가진 Transient solver 는, HFSS 에서생성된 FWS (Full Wave SPICE) 모델과최적의궁합을보이며, HFSS 를이용한 SI 해석의효율을극대화할수있습니다. Ansoft Link 각종 CAD file 변환기 Ansoft Link 는 Pro-Engineer, STEP, IGES, ACIS 등과같은표준 3D CAD 의도면을 HFSS 용포맷으로변환해줍니다. 이를통해이미도면이있는데이터는드로잉없이원본을활용할수있게해줍니다.

122 Q3D Extractor 3 차원 RLC 등가회로추출 Q3D 는반도체 Package modeling 의전세계표준툴로써, 3 차원구조에대하여 RLGC 등가회로를쉽고빠르게추출하여 SPICE model 로만들어줍니다. Q3D 의모델링환경은 HFSS 와 100% 동일하기때문에, HFSS 에서작업된모델을그대로재활용하여등가회로추출에활용할수있습니다. SIwave PCB 전용해석툴 - PI & SI SIwave 는 PCB 레아아웃데이터를그대로 import 하여즉시 EM / 공진해석, 선로의임피던스분석을수행할수있습니다. 이를통해 PI(Power Integrity) 를수행하고, SPICE 모델생성을통해 SI 로활용가능합니다. SIwave project file 은 HFSS 에서그대로불러올수있어서, PCB 의 Near Field 해석결과와 HFSS 에서작성된케이스구조가결합된전체 field simulation 이가능합니다. Maxwell 3 차원전자계해석툴 Maxwell 은저주파전자기장해석전문툴로써, 주로 mortor, solenoid 와같은 magnetic 중심의역사깊은전자기장시뮬레이터입니다. Maxwell 은 HFSS 와완전히동일한모델링환경을갖고있으며, HFSS 에서 Maxwell project 를바로불러 magnetic bias 로설정함으로써, 비선형자계까지포함한고주파 ferrite 해석에활용할수있습니다. ephysics 3 차원열해석 / 응력해석 ephysics 는 HFSS 의 field 해석결과를그대로불러와그에바탕한열 (thermal) 분포해석및응력 (stress) 해석을통해구조물의변형까지도해석할수있습니다. 고주파및 SI 문제에있어서 HFSS 의해석결과와더불어열문제의분석이필요할때, 요긴하게활용할수있습니다.

123 누가더많은 tip 을알고있는가체크하면서동료들과내기해보세요!

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