用HFSS仿真电路板上螺线管电感量

最近学习用HFSS仿真电路板上的走线的电感，把学习心得写下来供读者和我以后进行类似工作时参考

采用的版本时Ansys 2022, 获取螺线管的帮助文件可从help/HFSS PDF/GETTING START/Silicon Spiral Inductor.pdf文件中获取。

设计螺线管可以有两种方法：

1、先设计一个平面，然后使这平面绕着某个曲线做旋转运动，形成螺线管。这种方法经常出错，提示为设置的第一点不能位于平面的法线上。
2、如下图，以参数 $\_t$ 函数的形式来描述并画一个螺旋线，然后设置螺旋线的截面。注意用这种方法使函数所输出的x值和y值，z值的单位都是米。如果用户所用的单位是其他单位，应进行换算。比如我用的单位是mil,这时候计算的值需要除以大约40000 来变成 mil 的值。

设计输入时应注意

在仿真螺线管的时候，除了设计螺旋管形状，还要在螺线管附近增添一个地线层。螺线管的两个端口需要需要添加两个激励。激励的参考地为底线层，激励的输入为螺线管的端口。

HFSS仿真输出结果

HFSS的仿真输出结果有4种形式，分别为：S矩阵、导纳 $Y$ 值、阻抗$Z$值、特征阻抗$Z_0$值、伽马 $\gamma$ 延迟值。结果是以不同频率下的矩阵值的形式来输出的。

如何从仿真结果中获得螺线管的电感值和品质因数

仿真结果输出的导纳频谱值是在第 2 端口与地短路、使不同频率下的幅度为 1V 的正弦信号输入到第 1 端口时的输入电流的大小。根据导纳频谱值可以获得螺线管的电感值和品质因数。

电感值 $L$ 是导纳值的倒数的虚部，除以 $2\pi f$ ，其中 $f$ 为输入激励信号的频率。螺线管的品质因数 $Q$ 是导纳值倒数的虚部，除以导纳值倒数的实部
即：
$$L=\mathrm{I}\mathrm{m}(\frac{1}{{\mathrm{Y}}_{\mathrm{t}}(\mathrm{f})})/(2\pi \mathrm{f})$$

$$Q=\mathrm{I}\mathrm{m}(\frac{1}{{\mathrm{Y}}_{\mathrm{t}}(\mathrm{f})})/\mathrm{R}\mathrm{e}(\frac{1}{{\mathrm{Y}}_{\mathrm{t}}(\mathrm{f})})$$