HFSS高频电磁场仿真分析技术

ANSYS HFSS 全波三维电磁场仿真器,能求解从直流附近到光波段所有频段。特别在微波设备设计中,ANSYS HFSS 作为行业标准设计工具而被广泛使用。 一般地,为了熟练掌握电磁场仿真工具,需要学习艰深的电磁场知识。ANSYS HFSS 具备了直观友好的用户界面、确保求解精确的全自动自适应网格剖分技术,以及对复杂形状实现稳定分析的求解器,使得初学者能够与资深使用者一样,方便简单地得到精确的分析结果。如果想针对某一系列问题进行电磁场领域的分析,ANSYS HFSS 能够满足您所有的需求。

功能特色:

ANSYS HFSS是行业标准的电磁仿真工具,特别针对射频、微波以及信号完整性设计领域,是分析任何基于电磁场、电流或电压工作的物理结构的绝佳工具。
作为基于频域有限元技术的三维全波电磁场求解器,HFSS可提取散射参数,显示三维电磁场图,生成远场辐射方向图,以及提供ANSYS的全波SPICE模型,该模型可用在ANSYS Designer和其他信号完整性分析工具中。

射频与微波

长久以来,HFSS一直被射频和微波工程师用来设计通信系统,雷达系统,卫星,智能手机和平板设备中的高频组件。该技术实现了很高的仿真精度,解决了多方面的射频和微波工程中的挑战性问题,而这些都大大受益于自动网格剖分功能。最终的结果是实现了最高的求解精度和最佳的求解时间。

信号完整性

使用HFSS,工程师可以轻松地设计并评估连接器,传输线及印刷电路板(PCB)上的过孔,计算服务器及存储设备中使用的高速元件,多媒体电脑,娱乐系统和电信系统中的信号完整性和电磁干扰性能。千秋各地工程师团队几乎都在利用ANSYS的工具给他们的设计带来竞争优势。 

按需求解

如果用户不熟悉在HFSS中的三维建模,创建一个完整且可求解的三维模型将非常复杂而又费时:该过程包括设置源位置或激励方式,定义求解空间及边界,以及求解频率扫描范围等。

按需求解技术使用户直接从直观的,层叠式ANSYS Designer界面使用HFSS求解器。这个接口可方便工程师在一个更熟悉的二维布线建模环境下实现三维HFSS的仿真精度和可靠性。比如,用户也可以从他熟悉的工具Cadence ECAD环境启用按需求解功能。

HFSS的按需求解对电磁模型的ECAD导入,画图和参数化等功能进行了优化。它支持传统的ECAD原型,如过孔焊盘,走线,引线结合和焊球。由于模型被修改后只需优化模型某一特定部分,如过渡组件,连接器或无源器件在印刷电路板上的芯片或封装过程,按需求解技术将具有显著优势。

积分方程(IE)和有限单元边界积分法(FE-BI)

积分方程(IE)求解器是求解大型导体结构的辐射、散射问题的有效补充工具,它采用矩量法(MoM)和多层快速多极子(MLFMM)求解得到导体和介质表面的电流分布。积分方程方法同样采用与HFSS一致的界面,可与HFSS共享几何,材料以及某些关键求解技术,如自动产生最优化网格的自适应迭代技术。IE求解器采用自适应交叉近似(ACA)方法结合迭代矩阵求解器减少内存需求,使得用户可将其应用于大规模问题分析。
IE求解器附加选项亦可支持建立采用FEM-IE混合方法求解电磁问题的HFSS模型。有限单元边界积分方法(FE-BI)求解器直接将积分方程的开放边界条件作为有限元的截断边界。

采用HFSS和IE附加选项,联合两种最好的强大技术:求解复杂几何结构的有限元,加上直接自由空间格林函数求解的积分方程技术,从而得到精确的辐射和散射问题求解。天线设计工程师可实现辐射方向图的高精度要求,从而在电磁设计中更加得心应手。
HFSS-IE允许共形辐射边界,并可包含凹陷几何结构,这在根本上减少了有限元区域的体积,从而显著减少包含天线平台的仿真规模。

瞬态求解(Transient)

HFSS transient是一个基于间断伽辽金时域算法(DGTD)和隐式有限元时域法(FETD)的三维全波瞬态/时域电磁场求解器。可用任何常规时域脉冲或余弦定义的脉冲信号激励,该模块可以很容易完成时域有关仿真分析,如时域反射阻抗(TDR)计算等。另外,可以求解短周期脉冲激励问题,如探地雷达,经典放电,电磁干扰及闪电等问题。该四面体有限元技术同样基于HFSS所采用的自动网格剖分技术,该瞬态分析工具是HFSS这个传统频域分析工具的一个理想的补充。

物理光学(PO)

物理光学求解功能非常适合分析超电大结构。PO可用来设计大型反射面天线,卫星或其它天线载体平台,如商用或军用飞机。该算法求解非常快速,且占用计算资源极少,从而可快速洞察与大型电磁结构有关的设计因素。
应用价值:
ANSYS HFSS总能为客户提供最准确的电磁场仿真结果
由于电子器件的性能取决于电磁场状态,我们需要对其进行快速精确的仿真,在任何设计原型加工之前,获知该设计在实际工作中的性能。ANSYS HFSS仿真结果能给我们信心:该技术可在用户最少干预的情况下得到最准确的分析结果。作为任意三维结构全波电磁场仿真的标准和核签工具,HFSS是现代电子设备中设计高频/高速电子组件的首选工具。

工程师依靠ANSYS HFSS软件的准确性和高性能,设计诸如图片上嵌入式无源元件,IC封装组件,印刷电路板互联,天线,RF/微波元件和生物医学设备等部件
全面了解电磁环境之后才能更准确的预测一个部件或子系统,系统以及终端产品在电磁场中的性能及其相互影响。HFSS可分析整个电磁场问题,包括反射损耗,衰减,辐射和耦合等。

HFSS的强大功能基于有限元算法与积分方程理论,以及稳定的自适应网格剖分技术。该网格剖分技术可保证其网格能与3D物体共形并适合任意电磁场问题分析。HFSS中,物体结构决定网格,而不是网格决定物体结构。因此,我们可着重于设计问题从而大大减少建立同等质量网格的时间。

HFSS受益于多种最尖端的求解技术,能根据用户的不同需求来选择合适的求解技术。每个求解器都具有其强大的功能,HFSS可自动根据用户指定的几何模型,材料属性以及求解频段来生成最适合,最有效和最准确的网格进行求解,以保证求解的精度。
HFSS的仿真结果可得出对于工程设计的重要信息。电信的电磁场仿真结果包括散射系数(S,Y,Z),三维电磁场图显示(瞬态和稳态),阻抗失配产生的传输损耗,反射损耗,寄生耦合,以及近/远场的天线辐射方向图等。

工程师可用HFSS得到可靠而准确的结果,而与是何种电磁仿真类型无关。求解较为苛刻的高频仿真问题时,所有的HFSS求解器可配置高性能计算(HPC)技术,如区域分解法和分布式求解,高性能计算可减少计算时间,有效利用计算机资源来加速求解电大尺寸问题。

ANSYS HFSS与ANSYS Workbench集合

HFSS的高性能及高准确性也可通过ANSYS Workbench平台调用,该工具通过一个以用户为中心的界面直接与企业级结构CAD工具链接,从而实现多物理场仿真。采用此功能,用户可分析将HFSS仿真结果作为输入条件的热及流体分析问题。另外,用户可以对HFSS建立的模型实现企业级共享。结构,热和流体工程师可以使用HFSS的结果以完成各自需要的仿真。

HFSS是ANSYS求解多物理场问题不可分割的组成部

ANSYS HFSS及相关电磁工具作为集成的多物理场分析环境的一部分,提供从深度到广度的尖端功能,大量先进的功能及集成的多物理场仿真,为设计者提供可靠的反映实际的仿真结果。全方位的解决方案,提供了几乎所有工程设计过程中设计到的仿真问题的解决办法。全球各地的组织及企业新人ANSYS产品可帮助他们实现产品设计要求。

为了了解设计性能,我们必须确定所有的设计参数的影响,这可时的为满足性能要求的各种修改变得简单。HFSS与ANSYS DesignXplorer链接使我们更加深入的了解产品,了解设计变量和产品性能之间的关系。两者间的相互关系可帮助执行六西格玛分析的良率统计分析和实验研究设计。
 

1.几何模型和版图接口

采用AnsoftLinks的ECAD工具接口,HFSS可以紧密与Cadence,Mentor Graphics®,Synopsys®,Altium和ZukenTM等公司的布局设计工具集成。使用AnsoftLinks的MCAD工具接口,用户可以直接导入CATIA®,ProENGINEER®,STEP和IGES等类型的文件格式。此外,ANSYS DesignModelerTM可辅助创建几何;ANSYS的SpaceClaim的Derect modeler技术可直接生成模型供HFSS使用。
 

2.多物理场与系统集成

与ANSYS Workbench平台的集成可提供基于HFSS仿真结果输入条件的热和流体分析。
此外,HFSS集成了一个系统解决方案,设计电路和元器件。用户可使用HFSS做元器件级别的分析,再合并成一个完整电路。该过程形成一个唯一的系统仿真,系统性能依赖于物理模型。