HFSS高頻電磁場仿真分析技術(shù)

ANSYS HFSS 全波三維電磁場仿真器,能求解從直流附近到光波段所有頻段。特別在微波設(shè)備設(shè)計中,ANSYS HFSS 作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工具而被廣泛使用。 一般地,為了熟練掌握電磁場仿真工具,需要學(xué)習(xí)艱深的電磁場知識。ANSYS HFSS 具備了直觀友好的用戶界面、確保求解精確的全自動自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù),以及對復(fù)雜形狀實現(xiàn)穩(wěn)定分析的求解器,使得初學(xué)者能夠與資深使用者一樣,方便簡單地得到精確的分析結(jié)果。如果想針對某一系列問題進行電磁場領(lǐng)域的分析,ANSYS HFSS 能夠滿足您所有的需求。

功能特色:

ANSYS HFSS是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電磁仿真工具,特別針對射頻、微波以及信號完整性設(shè)計領(lǐng)域,是分析任何基于電磁場、電流或電壓工作的物理結(jié)構(gòu)的絕佳工具。
作為基于頻域有限元技術(shù)的三維全波電磁場求解器,HFSS可提取散射參數(shù),顯示三維電磁場圖,生成遠(yuǎn)場輻射方向圖,以及提供ANSYS的全波SPICE模型,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(shè)計通信系統(tǒng),雷達系統(tǒng),衛(wèi)星,智能手機和平板設(shè)備中的高頻組件。該技術(shù)實現(xiàn)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(zhàn)性問題,而這些都大大受益于自動網(wǎng)格剖分功能。最終的結(jié)果是實現(xiàn)了最高的求解精度和最佳的求解時間。

信號完整性

使用HFSS,工程師可以輕松地設(shè)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(wù)器及存儲設(shè)備中使用的高速元件,多媒體電腦,娛樂系統(tǒng)和電信系統(tǒng)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(shè)計帶來競爭優(yōu)勢。 

按需求解

如果用戶不熟悉在HFSS中的三維建模,創(chuàng)建一個完整且可求解的三維模型將非常復(fù)雜而又費時:該過程包括設(shè)置源位置或激勵方式,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(shù)使用戶直接從直觀的,層疊式ANSYS Designer界面使用HFSS求解器。這個接口可方便工程師在一個更熟悉的二維布線建模環(huán)境下實現(xiàn)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(huán)境啟用按需求解功能。

HFSS的按需求解對電磁模型的ECAD導(dǎo)入,畫圖和參數(shù)化等功能進行了優(yōu)化。它支持傳統(tǒng)的ECAD原型,如過孔焊盤,走線,引線結(jié)合和焊球。由于模型被修改后只需優(yōu)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,按需求解技術(shù)將具有顯著優(yōu)勢。

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(dǎo)體結(jié)構(gòu)的輻射、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(dǎo)體和介質(zhì)表面的電流分布。積分方程方法同樣采用與HFSS一致的界面,可與HFSS共享幾何,材料以及某些關(guān)鍵求解技術(shù),如自動產(chǎn)生最優(yōu)化網(wǎng)格的自適應(yīng)迭代技術(shù)。IE求解器采用自適應(yīng)交叉近似(ACA)方法結(jié)合迭代矩陣求解器減少內(nèi)存需求,使得用戶可將其應(yīng)用于大規(guī)模問題分析。
IE求解器附加選項亦可支持建立采用FEM-IE混合方法求解電磁問題的HFSS模型。有限單元邊界積分方法(FE-BI)求解器直接將積分方程的開放邊界條件作為有限元的截斷邊界。

采用HFSS和IE附加選項,聯(lián)合兩種最好的強大技術(shù):求解復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的有限元,加上直接自由空間格林函數(shù)求解的積分方程技術(shù),從而得到精確的輻射和散射問題求解。天線設(shè)計工程師可實現(xiàn)輻射方向圖的高精度要求,從而在電磁設(shè)計中更加得心應(yīng)手。
HFSS-IE允許共形輻射邊界,并可包含凹陷幾何結(jié)構(gòu),這在根本上減少了有限元區(qū)域的體積,從而顯著減少包含天線平臺的仿真規(guī)模。

瞬態(tài)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(tài)/時域電磁場求解器?？捎萌魏纬Ｒ?guī)時域脈沖或余弦定義的脈沖信號激勵,該模塊可以很容易完成時域有關(guān)仿真分析,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(jīng)典放電,電磁干擾及閃電等問題。該四面體有限元技術(shù)同樣基于HFSS所采用的自動網(wǎng)格剖分技術(shù),該瞬態(tài)分析工具是HFSS這個傳統(tǒng)頻域分析工具的一個理想的補充。

物理光學(xué)(PO)

物理光學(xué)求解功能非常適合分析超電大結(jié)構(gòu)。PO可用來設(shè)計大型反射面天線,衛(wèi)星或其它天線載體平臺,如商用或軍用飛機。該算法求解非常快速,且占用計算資源極少,從而可快速洞察與大型電磁結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計因素。
應(yīng)用價值:
ANSYS HFSS總能為客戶提供最準(zhǔn)確的電磁場仿真結(jié)果
由于電子器件的性能取決于電磁場狀態(tài),我們需要對其進行快速精確的仿真,在任何設(shè)計原型加工之前,獲知該設(shè)計在實際工作中的性能。ANSYS HFSS仿真結(jié)果能給我們信心:該技術(shù)可在用戶最少干預(yù)的情況下得到最準(zhǔn)確的分析結(jié)果。作為任意三維結(jié)構(gòu)全波電磁場仿真的標(biāo)準(zhǔn)和核簽工具,HFSS是現(xiàn)代電子設(shè)備中設(shè)計高頻/高速電子組件的首選工具。

工程師依靠ANSYS HFSS軟件的準(zhǔn)確性和高性能,設(shè)計諸如圖片上嵌入式無源元件,IC封裝組件,印刷電路板互聯(lián),天線,RF/微波元件和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等部件
全面了解電磁環(huán)境之后才能更準(zhǔn)確的預(yù)測一個部件或子系統(tǒng),系統(tǒng)以及終端產(chǎn)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,包括反射損耗,衰減,輻射和耦合等。

HFSS的強大功能基于有限元算法與積分方程理論,以及穩(wěn)定的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)。該網(wǎng)格剖分技術(shù)可保證其網(wǎng)格能與3D物體共形并適合任意電磁場問題分析。HFSS中,物體結(jié)構(gòu)決定網(wǎng)格,而不是網(wǎng)格決定物體結(jié)構(gòu)。因此,我們可著重于設(shè)計問題從而大大減少建立同等質(zhì)量網(wǎng)格的時間。

HFSS受益于多種最尖端的求解技術(shù),能根據(jù)用戶的不同需求來選擇合適的求解技術(shù)。每個求解器都具有其強大的功能,HFSS可自動根據(jù)用戶指定的幾何模型,材料屬性以及求解頻段來生成最適合,最有效和最準(zhǔn)確的網(wǎng)格進行求解,以保證求解的精度。
HFSS的仿真結(jié)果可得出對于工程設(shè)計的重要信息。電信的電磁場仿真結(jié)果包括散射系數(shù)(S,Y,Z),三維電磁場圖顯示(瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)),阻抗失配產(chǎn)生的傳輸損耗,反射損耗,寄生耦合,以及近/遠(yuǎn)場的天線輻射方向圖等。

工程師可用HFSS得到可靠而準(zhǔn)確的結(jié)果,而與是何種電磁仿真類型無關(guān)。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(shù),如區(qū)域分解法和分布式求解,高性能計算可減少計算時間,有效利用計算機資源來加速求解電大尺寸問題。

ANSYS HFSS與ANSYS Workbench集合

HFSS的高性能及高準(zhǔn)確性也可通過ANSYS Workbench平臺調(diào)用,該工具通過一個以用戶為中心的界面直接與企業(yè)級結(jié)構(gòu)CAD工具鏈接,從而實現(xiàn)多物理場仿真。采用此功能,用戶可分析將HFSS仿真結(jié)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(xiàn)企業(yè)級共享。結(jié)構(gòu),熱和流體工程師可以使用HFSS的結(jié)果以完成各自需要的仿真。

HFSS是ANSYS求解多物理場問題不可分割的組成部

ANSYS HFSS及相關(guān)電磁工具作為集成的多物理場分析環(huán)境的一部分,提供從深度到廣度的尖端功能,大量先進的功能及集成的多物理場仿真,為設(shè)計者提供可靠的反映實際的仿真結(jié)果。全方位的解決方案,提供了幾乎所有工程設(shè)計過程中設(shè)計到的仿真問題的解決辦法。全球各地的組織及企業(yè)新人ANSYS產(chǎn)品可幫助他們實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計要求。

為了了解設(shè)計性能,我們必須確定所有的設(shè)計參數(shù)的影響,這可時的為滿足性能要求的各種修改變得簡單。HFSS與ANSYS DesignXplorer鏈接使我們更加深入的了解產(chǎn)品,了解設(shè)計變量和產(chǎn)品性能之間的關(guān)系。兩者間的相互關(guān)系可幫助執(zhí)行六西格瑪分析的良率統(tǒng)計分析和實驗研究設(shè)計。
 

1.幾何模型和版圖接口

采用AnsoftLinks的ECAD工具接口,HFSS可以緊密與Cadence,Mentor Graphics®,Synopsys®,Altium和ZukenTM等公司的布局設(shè)計工具集成。使用AnsoftLinks的MCAD工具接口,用戶可以直接導(dǎo)入CATIA®,ProENGINEER®,STEP和IGES等類型的文件格式。此外,ANSYS DesignModelerTM可輔助創(chuàng)建幾何;ANSYS的SpaceClaim的Derect modeler技術(shù)可直接生成模型供HFSS使用。
 

2.多物理場與系統(tǒng)集成

與ANSYS Workbench平臺的集成可提供基于HFSS仿真結(jié)果輸入條件的熱和流體分析。
此外,HFSS集成了一個系統(tǒng)解決方案,設(shè)計電路和元器件。用戶可使用HFSS做元器件級別的分析,再合并成一個完整電路。該過程形成一個唯一的系統(tǒng)仿真,系統(tǒng)性能依賴于物理模型。