Ansys-HFSS全波三维电磁场仿真工具介绍

2016-09-22  by:CAE仿真在线  来源:互联网

Ansys-HFSS工具概述:

HFSS(HighFrequency Structure Simulator)发布于1989年,是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件,是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。HFSS可提供电场、磁场、电流、S参数、TDR、SAR、RCS及近/远场时/频域等仿真结果,能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。HFSS软件以其无以伦比的精度、求解容量和性能成为高频、高速期间、电磁兼容设计的首选工具。

Ansys-HFSS的关键技术:

1.自适应的网格生成和加密技术:HFSS标配的FEM全波电磁场求解器不仅可以根据模型结构自动生成共形网格,还能进行自适应网格加密,根据求解对象电磁场分布特征来自动进行网格加密和自适应求解迭代直至收敛。

2.混合阶基函数技术:HFSS可以根据结构和场分布的特点,在不同区域自动选择插值基函数的阶数并决定剖分网格的大小,从而减少了网格和未知量,进一步地提高了求解效率。

3.三维矩量法-积分方程技术:HFSS-IE求解器基于三维矩量法积分方程技术对求解对象进行全波求解,可以高效求解电大尺寸、开放结构的辐射散射电磁场问题,例如天线布局、飞机和舰船等目标的RCS计算、反射面天线设计等。

4.间断伽略金时域算法(DGTD):HFSS-Transient求解器采用DGTD时域算法,支持四面体共形网格和自适应网格加密技术。能够对包括采用脉冲激励类型的仿真,如探地雷达、超宽带天线、瞬态RCS、雷击、静电放电、短时激励下的瞬态场显示,TDR等。

5.区域分解算法(DDM):HFSS-HPC基于DDMMP技术,HFSS可以根据总网格规模及可用的计算机和处理器个数来自动选择最优的域个数和划分方式。分解成的若干子域可在单台计算机或联网计算机上分别计算,并考虑各个区域之间的相互影响最终得到总的场解,从而大大提升仿真效率,大幅缩减仿真时间。

6.伴随求导技术(Adjoint Derivatives):HFSS-Optimetrics基于伴随求导技术,可以直接计算S参数对结构、材料和边界条件改变的偏导数。这些求导计算可以更直观的为设计者揭示设计敏感度和加工误差对器件性能的影响

7.超限单元算法:HFSS利用超限单元算法来求解端口的S参数,将待求解的场量用端口处的模式基函数展开,因此求解泛函中的场量就转化成了求解模式的展开系数;S参数在求解场量的同时也得到求解,这个过程是纯解析的,不需要对场量进行求导后处理,结果更加精准

8.多物理场协同仿真技术:HFSS可以与MechanicalFluentIcepeak等结构/流体仿真工具协同,实现电磁场、热、结构力学以及流体动力学的多物理场双向耦合仿真分析,帮助用户高效实现精确设计,全面仿真真实的物理世界,实现创新性设计。

Ansys-HFSS三维电磁场应用领域:

1.微波天线/天线阵列领域:HFSS可以为天线及其系统设计提供全面的仿真功能,包括设计、优化、天线性能评估等等。HFSS新增了Antenna Design Kit套件,提供各种天线参数化建模,极大的提高天线及天线阵的建模效率

2.电磁散射和频率选择性表面设计领域:在军工领域对飞机、舰船的RCS计算具有明显优势,HFSS带角度扫描的单站RCS对RCS标准体的仿真平均一次只需要几分钟,内存消耗在1GB以内。RCS仿真可以设置各种入射波形式,仿真中可以考虑环境特性,仿真结果准确性极高。

3.高频、高速器件领域:在通信、电子及数字领域,高频设计需要特别关注和用专门的工具去正确的区分和处理各种电磁效应。这正是HFSS成为微波/射频和高速器件设计的黄金标准的原因。

4.IC和封装设计领域:对于IC芯片设计而言,关注的尺寸大小在纳米级别,工作频率高和尺寸小导致芯片互联结构的寄生效应对整个芯片的性能有着极大的影响。HFSS完全基于物理模型的精确仿真,保证了IC仿真和测试结果的一致性。

5.信号完整性领域:随着高速数字总线从并行向串行通道的转变,高速串行通道中的连接器、线缆、过孔、焊盘等三维互联结构的寄生参数对高速信号的影响越来越大。HFSS可以为PCB及系统设计者们理解、诊断、定位这些寄生效应提供一个强大的工具。

6.系统EMI/EMC设计领域:凭借着HFSS可靠精确的三维全波电磁场仿真计算能力,可以全面的对系统/设备的电磁兼容和电磁辐射问题进行仿真分析。包括器件级、部件级直至系统级的EMI\EMC问题。

7.防雷和电磁脉冲领域:在下一代电子设计及机动车辆的设计中,防雷电和电磁脉冲设计将越来越被关注。HFSS通过全波有限元三维电磁场分析,计算得到设备或车辆在各个频率点的电磁场分布,并进行优化设计,对有害的电磁脉冲实现屏蔽。

8.特殊器件和射频连接器设计领域:HFSS以其高精度和高可靠性的三维电磁场仿真技术,能正真实现对任意三维结构和任意材料的准确仿真计算。HFSS的本征模式求解器能精确的求解各种封闭腔体的自谐振频率和谐振Q值,准确仿真器件的色散特性,得到归一化相速与频率的关系,为器件的设计提供设计手段。

Ansys-HFSS三维全波电磁场工具总结:

Ansys-HFSS软件的主要特性:

Ansys-HFSS的典型平台解决方案:




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