HFSS電磁分析常見問題處理辦法
2016-02-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
ANSYS中國幾十位工程師根據(jù)十幾年的工程仿真實踐經(jīng)驗,走訪了國內(nèi)眾多科研機構(gòu),行業(yè)精英研發(fā)企業(yè),嘔心瀝血總結(jié)了《ANSYS軟件常見問題與解答》,涉及結(jié)構(gòu)、流體、熱分析、高頻、低頻、系統(tǒng)與嵌入式軟件。此系列涵蓋工程仿真應(yīng)用中遇到的各種問題:包括具體操作步驟、ANSYS HFSS軟件最新版本的新功能、各種簡單高效的設(shè)計步驟。
問題1:對于復(fù)雜的模型,當(dāng)物體之間存在復(fù)雜交疊(intersect)是,如何解決
A:
當(dāng)物體之間存在復(fù)雜交疊時,分為以下三種情況:
-
如果是同類屬性的材質(zhì)(如金屬或介質(zhì)),有部分交疊時,需要在兩者材料中進行相減布爾運算,如圖1.21(a)所示,否則validation
check時3D model將報錯 ;
圖1.21(a)
紅色和藍色部分交疊的物體 圖1.21(b) 紅色被藍色物體完全包圍的物體
2.如果是異類屬性的材質(zhì)(如金屬和介質(zhì)),有部分交疊時,可在HFSS菜單中HFSS->
Design setting中勾選Enable material override選項,如圖1.21(c)所示。此時金屬物體將優(yōu)先占據(jù)與其交疊的介質(zhì)區(qū)域,3D
model check通過。
圖1.21(c)
開啟材料優(yōu)先設(shè)置
天線罩的電磁仿真是典型的大規(guī)模計算問題,通常需要和內(nèi)部的天線(陣)做一體化仿真。其計算量的來源主要包括:天線罩上的介質(zhì)薄層、天線罩所包含的電大尺寸空腔、天線(陣)。由于大部分天線罩同天線(陣)之間存在較強的近場相互作用,采用導(dǎo)入天線(陣)輻射場的方式會損失計算精度。在保證精度的前提下減少計算量的途徑有兩個個:1)對于天線罩上厚度遠小于波長(比如
< 1/10波長)的介質(zhì)薄層采用“Layered Impedance
Boundary”(分層阻抗邊界)進行等效,如圖1.22(a)、(b)所示,該邊界條件可以不失真的考慮電場和磁場透過介質(zhì)薄層的變化,避免了實體建模產(chǎn)生的細小網(wǎng)格;2)對于天線罩內(nèi)和天線(陣)之間包含的空腔,可通過FEBI(FEM-IE的混合算法)算法在一定程度上減少計算量,如圖1.22(c)所示。
圖1.22(a)
圖1.22(b)
圖1.22(c)
使用HFSS的纏繞功能wrap
sheet可一次性將分離的多個平面以某一待纏繞物體的表面為參考面進行纏繞操作,如圖1.23(a)所示,先將待纏繞的平面與被纏繞的物體(黃色圓柱體)相交(某一邊接觸即可,從HFSS2015開始無需接觸也可纏繞)。
1.23(a)
準(zhǔn)備纏繞前工作
通過modeler->surface->wrap
sheet功能,一次性將貼片平面纏繞至圓柱體被纏繞體上。
1.23(b)
一鍵纏繞
纏繞后的共形貼片天線,完成建模
,
1.23(c)
Project變量和Design變量如何定義,使用范圍有何區(qū)別?
Project變量通過HFSS菜單欄上Project
? Project Variables ? Add的方法定義,Project變量屬于全局變量(Global Variables),該變量能適用于整個HFSS
Project下包含的所有設(shè)計中。
1.24(a)
Design變量通過HFSS菜單欄HFSS
? Design Propertities ? Add的方法定義,Design變量屬于局部變量(Local
Variables),其僅在當(dāng)前HFSS設(shè)計中有效,不能使用于相同HFSS Project的其他設(shè)計中。
1.24(b)
HFSS材料庫之中包含了常用的介質(zhì)及金屬材料,如果用戶碰到一些特殊材料沒有在庫中定義,可以自行定義這種材料,定義的方法是在Modeler菜單中選擇Assign
Material,然后在彈出的對話框中選擇Add
Material,在彈出的參數(shù)定義對話框(如圖1.25所示)里輸入材料的參數(shù),并在左上角輸入所定義材料的名稱,點擊右下側(cè)Validate
Material按鈕,可以檢查參數(shù)是否合理,如果沒有報錯,點擊Ok就把新材料添加進了材料庫里,可以直接使用了。
圖
1.25
如何對磁滯材料建模
方法一
★步驟一:輸入材料的起始磁化曲線
★步驟二:設(shè)置材料磁化屬性
★步驟三:添加材料的磁化曲線
方法二
★步驟一:輸入模型的初始退磁曲線
★步驟二:添加模型的退磁曲線
Maxwell中可以自定義材料,并生成庫文件后可以供其它用戶使用。
打開Maxwell界面,點擊菜單Tools>Edit
Configured Libraries>Materials,再點擊選項Add Material
填寫自定義材料名字,并輸入材料參數(shù),點擊ok
點擊Export
to Library,選擇存儲位置,并制定材料庫名稱,點擊保存,生成材料庫文件。
在菜單欄Tools>Customize
在彈出窗口中,點擊
Reset All,快捷按鈕顯示恢復(fù)成默認方式
Maxwell中如何定義硅鋼片的疊壓系數(shù)值?
問題描述:電機或者變壓器磁性材料中,硅鋼片一般由薄片疊壓而成,此疊壓系數(shù)在Maxwell如何定義和計算?
解決辦法:
1、RMxprt一鍵有限元自動折算疊壓系數(shù)到材料B-H曲線B值中;
2、手動定義/設(shè)置疊壓系數(shù)
★步驟:
?正常定義材料的B-H曲線
?在材料定義窗口,選擇Composition->Lamination
?Stacking
Factor 填入0~1的系數(shù)
?選擇低壓方向:Stacking
Direction V(3) (說明:Cartesian坐標(biāo)系下,V(1~3)分別代表X Y Z方向;)
查看結(jié)果:
采用相同的安匝數(shù)電流激勵條件下
如何在Maxwell2D瞬態(tài)場仿真中設(shè)置模型的深度?
問題描述:Maxwell2D瞬態(tài)場仿真器Transient在XY坐標(biāo)系中如何設(shè)置模型深度?
解決辦法:
★步驟:
?點擊菜單
Maxwell2D> Design Settings
?在彈出的窗口2D
Design Settings中,選擇Model Depth標(biāo)簽
?在如下圖紅色框里填入模型實際在Z方向的深度
我從機械CAD工具中導(dǎo)入的結(jié)構(gòu),能否進行參數(shù)化和優(yōu)化?如何進行?
可以。在HFSS中,可以選擇您要改變的結(jié)構(gòu)的面,利用Move
Surface
功能,然后,將移動的量作為變量進行優(yōu)化。如:讀入了一個圓柱體,要改變半徑,可選擇圓柱的側(cè)面進行移動表面操作,要改變高度,可選擇圓柱的上底或/和下底進行移動表面操作,如圖1.11。
如何確定我的波導(dǎo)能夠傳輸?shù)哪Ｊ?怎樣得到模式的截止頻率?能否只仿真高階模式?
HFSS具有只求解端口的功能。在HFSS求解設(shè)置中,選定“Ports
Only”進行設(shè)置。如圖1.12所示。要確定波導(dǎo)等傳輸線能夠傳輸?shù)哪Ｊ?可以在端口定義時,將端口的模式數(shù)設(shè)置到充分多,然后利用“Ports Only”
功能,配合插值掃頻算法進行求解,求解結(jié)束后,做出端口Zo或者Gamma的實部隨頻率變化的曲線,即可確定波導(dǎo)能夠傳輸?shù)哪Ｊ郊案鱾€模式的截止頻率。HFSS模式排列是按照截止頻率由低到高排列的,因此,為了確保求解的正確性,必須從低階模式開始求解,而不能只求解高階模式。
不一定。通常情況下,帶線的厚度非常小,這時,用帶厚度的三維模型只會增加求解時間,而對求解結(jié)果基本沒有影響。對于耦合線,厚度是一個可能必須考慮的因素,如果金屬厚度小于耦合線間距的5倍,則推薦金屬帶線采用帶厚度的三維模型,否則,采用零厚度模型。
我的威爾金森功分器中間有一個平衡電阻,如何在HFSS中仿真。
利用HFSS中的Lumped
RLC邊界條件,它指的是電阻、電容和電感的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。對于威爾金森功分器的具體應(yīng)用來說,其做法是:利用畫圖工具在電阻所在位置作一個矩形或多邊形,將功分器的兩個臂連起來,然后選中它,在邊界條件中將其定義為
Lumped RLC邊界條件,在對話框中定義電流方向,這里,電流的方向應(yīng)當(dāng)從一個臂指向另一個臂。如圖1.14所示。
拋物面天線在HFSS中有若干種仿真方法,可以利用HFSS-IE的矩量法計算;或者采用將饋源在HFSS的有限元法求解器中計算,然后作為場源導(dǎo)入HFSS-IE中計算;也可以在HFSS中采用有限元和矩量法的混合算法-FEBI技術(shù)建立全共形IE輻射邊界進行計算;對于電大尺寸反射面,HFSS還可以提供FEM和PO的混合算法進行計算。具體操作可見ANSYS
EM安裝路徑下:Examples\HFSS\Antennas\Dish_FEBI_IE_PO.pdf。
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