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ANSYS?HFSS?高頻電磁場仿真

概述

ANSYS HFSS作為任意三維結構全波電磁場仿真的標準和核簽工具,HFSS是現代電子設備中設計高頻/高速電子組件的首選工具。HFSS能夠在用戶最少干預的情況下,對直接關系到電子器件性能的電磁場狀態進行快速精確的仿真。針對一個部件或子系統、系統以及終端產品在電磁場中的性能及其相互影響,HFSS可分析整個電磁場問題北京塞车pk1o计划全天,包括反射損耗北京塞车pk1o计划全天,衰減北京塞车pk1o计划全天,輻射和耦合等北京塞车pk1o计划全天。

HFSS的強大功能基于有限元算法與積分方程理論,以及穩定的自適應網格剖分技術。該網格剖分技術可保證其網格能與3D物體共形并適合任意電磁場問題分析北京塞车pk1o计划全天。HFSS中北京塞车pk1o计划全天,物體結構決定網格,而不是網格決定物體結構。

受益于多種尖端的求解技術北京塞车pk1o计划全天,HFSS能根據用戶的不同需求來選擇合適的求解技術。每個求解器都具有其強大的功能,HFSS可自動根據用戶指定的幾何模型,材料屬性以及求解頻段來生成適合北京塞车pk1o计划全天,有效和準確的網格進行求解,以保證求解的精度。求解較為苛刻的高頻仿真問題時,所有的HFSS求解器可配置高性能計算(HPC)技術,如區域分解法和分布式求解,高性能計算可減少計算時間北京塞车pk1o计划全天,有效利用計算機資源來加速求解電大尺寸問題。 

HFSS是行業標準的電磁仿真工具北京塞车pk1o计划全天,特別針對射頻、微波以及信號完整性設計領域,是分析任何基于電磁場、電流或電壓工作的物理結構的絕佳工具。


與ANSYS Workbench集合

HFSS的高性能及高準確性也可通過ANSYS Workbench平臺調用北京塞车pk1o计划全天,該工具通過一個以用戶為中心的界面直接與企業級結構CAD工具鏈接,從而實現多物理場仿真。采用此功能,用戶可分析將HFSS仿真結果作為輸入條件的熱及流體分析問題。另外,用戶可以對HFSS建立的模型實現企業級共享。結構,熱和流體工程師可以使用HFSS的結果以完成各自需要的仿真。

特色功能

高頻求解工具箱

ANSYS HFSS是行業標準的電磁仿真工具,特別針對射頻、微波以及信號完整性設計領域,是分析任何基于電磁場、電流或電壓工作的物理結構的絕佳工具。

作為基于頻域有限元技術的三維全波電磁場求解器北京塞车pk1o计划全天,HFSS可提取散射參數,顯示三維電磁場圖北京塞车pk1o计划全天,生成遠場輻射方向圖北京塞车pk1o计划全天,以及提供ANSYS的全波SPICE模型北京塞车pk1o计划全天,該模型可用在ANSYS Designer和其他信號完整性分析工具中。

射頻與微波

長久以來,HFSS一直被射頻和微波工程師用來設計通信系統,雷達系統,衛星,智能手機和平板設備中的高頻組件。該技術實現了很高的仿真精度,解決了多方面的射頻和微波工程中的挑戰性問題,而這些都大大受益于自動網格剖分功能。最終的結果是實現了理想的求解精度和求解時間。

信號完整性

使用HFSS北京塞车pk1o计划全天,工程師可以輕松地設計并評估連接器,傳輸線及印刷電路板(PCB)上的過孔,計算服務器及存儲設備中使用的高速元件,多媒體電腦,娛樂系統和電信系統中的信號完整性和電磁干擾性能。千秋各地工程師團隊幾乎都在利用ANSYS的工具給他們的設計帶來競爭優勢。


先進的醫療設備用到電磁場,如磁共振成像(MRI)北京塞车pk1o计划全天,植入物及熱療等。在MRI應用中,HFSS可用來仿真人體的比吸率(SAR)


HFSS射頻和微波應用:7X7 WR90波導陣列,掃面叫為theta角從-45到+45度

按需求解(SoD)技術

如果用戶不熟悉在HFSS中的三維建模,創建一個完整且可求解的三維模型將非常復雜而又費時:該過程包括設置源位置或激勵方式北京塞车pk1o计划全天,定義求解空間及邊界,以及求解頻率掃描范圍等。

按需求解技術使用戶直接從直觀的北京塞车pk1o计划全天,層疊式ANSYS Designer界面使用HFSS求解器北京塞车pk1o计划全天。這個接口可方便工程師在一個更熟悉的二維布線建模環境下實現三維HFSS的仿真精度和可靠性。比如,用戶也可以從他熟悉的工具Cadence ECAD環境啟用按需求解功能。

HFSS的按需求解對電磁模型的ECAD導入,畫圖和參數化等功能進行了優化北京塞车pk1o计划全天。它支持傳統的ECAD原型北京塞车pk1o计划全天,如過孔焊盤北京塞车pk1o计划全天,走線,引線結合和焊球。由于模型被修改后只需優化模型某一特定部分,如過渡組件,連接器或無源器件在印刷電路板上的芯片或封裝過程北京塞车pk1o计划全天,按需求解技術將具有顯著優勢。


按需求解(SoD)技術科調用具備強大功能的HFSS三維有限元求解器北京塞车pk1o计划全天,同時使得模型創建簡單和快速


路板上的芯片或封裝過程,按需求解技術具有顯著優勢

先進的求解選項

在成熟的有限元方法基礎上,HFSS還提供了多種先進的求解技術。通過混合求解技術實現更高效率的電磁場計算并保持精度,在大多數情況下北京塞车pk1o计划全天,可在鏈接工程中通過混合求解技術收益。

積分方程(IE)和有限單元邊界積分法(FE-BI)

積分方程(IE)求解器是求解大型導體結構的輻射北京塞车pk1o计划全天、散射問題的有效補充工具,它采用矩量法(MoM)和多層快速多極子(MLFMM)求解得到導體和介質表面的電流分布。積分方程方法同樣采用與HFSS一致的界面北京塞车pk1o计划全天,可與HFSS共享幾何,材料以及某些關鍵求解技術,如自動產生優化網格的自適應迭代技術北京塞车pk1o计划全天。IE求解器采用自適應交叉近似(ACA)方法結合迭代矩陣求解器減少內存需求,使得用戶可將其應用于大規模問題分析。


采用HFSS混合FE-BI求解的帶罩天線

瞬態求解(Transient)

HFSS transient是一個基于間斷伽遼金時域算法(DGTD)和隱式有限元時域法(FETD)的三維全波瞬態/時域電磁場求解器??捎萌魏纬R帟r域脈沖或余弦定義的脈沖信號激勵北京塞车pk1o计划全天,該模塊可以很容易完成時域有關仿真分析北京塞车pk1o计划全天,如時域反射阻抗(TDR)計算等。另外,可以求解短周期脈沖激勵問題,如探地雷達,經典放電,電磁干擾及閃電等問題。該四面體有限元技術同樣基于HFSS所采用的自動網格剖分技術,該瞬態分析工具是HFSS這個傳統頻域分析工具的一個理想的補充北京塞车pk1o计划全天。


采用HFSS共形有限元瞬態求解的查分信號通過彎曲電纜的時域傳輸分析


物理光學(PO)

物理光學求解功能非常適合分析超電大結構。PO可用來設計大型反射面天線北京塞车pk1o计划全天,衛星或其它天線載體平臺,如商用或軍用飛機。該算法求解非??焖?,且占用計算資源極少北京塞车pk1o计划全天,從而可快速洞察與大型電磁結構有關的設計因素北京塞车pk1o计划全天。 

采用HFSS中物理光學求解得到的國際空間站上天線的遠場方向圖


HPC求解大規模電磁仿真問題

區域分解法

區域分解方法(DDM)利用網絡計算機資源來仿真大規模問題。HFSS根據網格尺寸與可用的處理器/機器數目確定子域數據;DDM自動將有限元網格分解成一系列子域問題北京塞车pk1o计划全天。每一個子域模型獨立求解北京塞车pk1o计划全天,子域直接通過交互迭代完成整個過程的求解。這種網絡內存訪問的過程擴展后可完成單個機器資源無法計算的大規模求解。此外,DDM可減少求解時間,降低總的內存需求北京塞车pk1o计划全天,在很多案例中通過額外的處理器可實現超線性的加速比。


區域分解法促進創新北京塞车pk1o计划全天,使原本以為無法解決的問題得到有效解決

該模型綜合采用了混合算法和域分解技術北京塞车pk1o计划全天,與上一版本相比,內存小號僅為1/9,運算速度卻提升了8.5倍

譜區域分解法

通過譜區域分解法(SDM),可以將寬帶頻率掃描頻點分布到一定數目的處理器或者機器上。這種節約時間的方法自動將頻點分布到各個獨立的機器上去計算北京塞车pk1o计划全天,完成后重新收集得到整個頻率的數據。這種獨特的方法顯著縮短了獲得高精度寬帶散射參數所需要的仿真時間。

分布式計算

分布式計算選項(DSO)可分配參數掃描,以完成幾何形狀北京塞车pk1o计划全天,材料,邊界和激勵等條件變化的設計探索。該選項模塊可將多個預先定義的參數設計組合分配在不同的計算機上北京塞车pk1o计划全天,完成每個設計實例的分析。DSO顯著加快給定設計任務的參數掃描和設計優化,提供了高水平的分布式仿真的計算性能及并行化。


ANSYS的分布式求解能力允許用戶將參數掃描或者頻率掃描任務分配到一定數量的計算機上,加快總的模擬速度。與分布頻率掃描一樣,工程師們可以仿真模擬不同幾何形狀、材料北京塞车pk1o计划全天、邊界和激勵的情況。這可以讓團隊更輕松地優化設計,完成統計分析和敏感度分析。

8個任務并行仿真北京塞车pk1o计划全天,耗時僅為單任務運行的1/7

多處理器選項

多處理器(MP)技術采用單個共享內存機器上多個核心并行完成HFSS有限元或積分方程求解的功能。MP可用來加速求解過程的某些部分——如矩陣分解,剖分網格和場恢復——從而使得總的求解時間更短。

有限大陣列仿真(fDDM)

有限大陣列仿真功能利用區域分解法以及陣列的重復性,高效且全面的分析得到有限大陣列的特性。利用這個功能,可以考慮所有單元之間的相互耦合作用北京塞车pk1o计划全天,以及陣列的邊緣效應。有限大陣列仿真方法需要極少的計算資源,所以可在很短的時間內完成有限大陣列仿真。


采用有限陣列區域分解算法模擬的256單元雙極化Vivaldi天線陣列,以及疊加在幾何之上的多掃描角的遠場方向圖

HFSS采用多處理器,分布式計算及HPC技術利用了現代計算硬件的優勢。



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