Ansys-HFSS全波三維電磁場仿真工具介紹

2016-09-22 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Ansys-HFSS工具概述:

HFSS(HighFrequency Structure Simulator)發(fā)布于1989年,是世界上第一個商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件,是業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場設(shè)計和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HFSS可提供電場、磁場、電流、S參數(shù)、TDR、SAR、RCS及近/遠(yuǎn)場時/頻域等仿真結(jié)果,能計算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場。HFSS軟件以其無以倫比的精度、求解容量和性能成為高頻、高速期間、電磁兼容設(shè)計的首選工具。

Ansys-HFSS的關(guān)鍵技術(shù):

1.自適應(yīng)的網(wǎng)格生成和加密技術(shù):HFSS標(biāo)配的FEM全波電磁場求解器不僅可以根據(jù)模型結(jié)構(gòu)自動生成共形網(wǎng)格,還能進行自適應(yīng)網(wǎng)格加密,根據(jù)求解對象電磁場分布特征來自動進行網(wǎng)格加密和自適應(yīng)求解迭代直至收斂。

2.混合階基函數(shù)技術(shù):HFSS可以根據(jù)結(jié)構(gòu)和場分布的特點,在不同區(qū)域自動選擇插值基函數(shù)的階數(shù)并決定剖分網(wǎng)格的大小,從而減少了網(wǎng)格和未知量,進一步地提高了求解效率。

3.三維矩量法-積分方程技術(shù):HFSS-IE求解器基于三維矩量法積分方程技術(shù)對求解對象進行全波求解,可以高效求解電大尺寸、開放結(jié)構(gòu)的輻射散射電磁場問題,例如天線布局、飛機和艦船等目標(biāo)的RCS計算、反射面天線設(shè)計等。

4.間斷伽略金時域算法(DGTD):HFSS-Transient求解器采用DGTD時域算法,支持四面體共形網(wǎng)格和自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù)。能夠?qū)Πú捎妹}沖激勵類型的仿真,如探地雷達(dá)、超寬帶天線、瞬態(tài)RCS、雷擊、靜電放電、短時激勵下的瞬態(tài)場顯示,TDR等。

5.區(qū)域分解算法(DDM):HFSS-HPC基于DDM和MP技術(shù),HFSS可以根據(jù)總網(wǎng)格規(guī)模及可用的計算機和處理器個數(shù)來自動選擇最優(yōu)的域個數(shù)和劃分方式。分解成的若干子域可在單臺計算機或聯(lián)網(wǎng)計算機上分別計算,并考慮各個區(qū)域之間的相互影響最終得到總的場解,從而大大提升仿真效率,大幅縮減仿真時間。

6.伴隨求導(dǎo)技術(shù)(Adjoint Derivatives):HFSS-Optimetrics基于伴隨求導(dǎo)技術(shù),可以直接計算S參數(shù)對結(jié)構(gòu)、材料和邊界條件改變的偏導(dǎo)數(shù)。這些求導(dǎo)計算可以更直觀的為設(shè)計者揭示設(shè)計敏感度和加工誤差對器件性能的影響。

7.超限單元算法:HFSS利用超限單元算法來求解端口的S參數(shù),將待求解的場量用端口處的模式基函數(shù)展開,因此求解泛函中的場量就轉(zhuǎn)化成了求解模式的展開系數(shù);S參數(shù)在求解場量的同時也得到求解,這個過程是純解析的,不需要對場量進行求導(dǎo)后處理,結(jié)果更加精準(zhǔn)。

8.多物理場協(xié)同仿真技術(shù):HFSS可以與Mechanical、Fluent和Icepeak等結(jié)構(gòu)/流體仿真工具協(xié)同,實現(xiàn)電磁場、熱、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及流體動力學(xué)的多物理場雙向耦合仿真分析,幫助用戶高效實現(xiàn)精確設(shè)計,全面仿真真實的物理世界,實現(xiàn)創(chuàng)新性設(shè)計。

Ansys-HFSS三維電磁場應(yīng)用領(lǐng)域:

1.微波天線/天線陣列領(lǐng)域:HFSS可以為天線及其系統(tǒng)設(shè)計提供全面的仿真功能,包括設(shè)計、優(yōu)化、天線性能評估等等。HFSS新增了Antenna Design Kit套件,提供各種天線參數(shù)化建模,極大的提高天線及天線陣的建模效率。

2.電磁散射和頻率選擇性表面設(shè)計領(lǐng)域:在軍工領(lǐng)域?qū)︼w機、艦船的RCS計算具有明顯優(yōu)勢,HFSS帶角度掃描的單站RCS對RCS標(biāo)準(zhǔn)體的仿真平均一次只需要幾分鐘,內(nèi)存消耗在1GB以內(nèi)。RCS仿真可以設(shè)置各種入射波形式,仿真中可以考慮環(huán)境特性,仿真結(jié)果準(zhǔn)確性極高。

3.高頻、高速器件領(lǐng)域:在通信、電子及數(shù)字領(lǐng)域,高頻設(shè)計需要特別關(guān)注和用專門的工具去正確的區(qū)分和處理各種電磁效應(yīng)。這正是HFSS成為微波/射頻和高速器件設(shè)計的黃金標(biāo)準(zhǔn)的原因。

4.IC和封裝設(shè)計領(lǐng)域:對于IC芯片設(shè)計而言,關(guān)注的尺寸大小在納米級別,工作頻率高和尺寸小導(dǎo)致芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)的寄生效應(yīng)對整個芯片的性能有著極大的影響。HFSS完全基于物理模型的精確仿真,保證了IC仿真和測試結(jié)果的一致性。

5.信號完整性領(lǐng)域:隨著高速數(shù)字總線從并行向串行通道的轉(zhuǎn)變,高速串行通道中的連接器、線纜、過孔、焊盤等三維互聯(lián)結(jié)構(gòu)的寄生參數(shù)對高速信號的影響越來越大。HFSS可以為PCB及系統(tǒng)設(shè)計者們理解、診斷、定位這些寄生效應(yīng)提供一個強大的工具。

6.系統(tǒng)EMI/EMC設(shè)計領(lǐng)域:憑借著HFSS可靠精確的三維全波電磁場仿真計算能力,可以全面的對系統(tǒng)/設(shè)備的電磁兼容和電磁輻射問題進行仿真分析。包括器件級、部件級直至系統(tǒng)級的EMI\EMC問題。

7.防雷和電磁脈沖領(lǐng)域:在下一代電子設(shè)計及機動車輛的設(shè)計中,防雷電和電磁脈沖設(shè)計將越來越被關(guān)注。HFSS通過全波有限元三維電磁場分析,計算得到設(shè)備或車輛在各個頻率點的電磁場分布,并進行優(yōu)化設(shè)計,對有害的電磁脈沖實現(xiàn)屏蔽。

8.特殊器件和射頻連接器設(shè)計領(lǐng)域:HFSS以其高精度和高可靠性的三維電磁場仿真技術(shù),能正真實現(xiàn)對任意三維結(jié)構(gòu)和任意材料的準(zhǔn)確仿真計算。HFSS的本征模式求解器能精確的求解各種封閉腔體的自諧振頻率和諧振Q值,準(zhǔn)確仿真器件的色散特性,得到歸一化相速與頻率的關(guān)系,為器件的設(shè)計提供設(shè)計手段。