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ANSYS HFSS
 

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。特別在微波設備設計中,ANSYS HFSS 作為行業標準設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,需要學習艱深的電磁場知識。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網格剖分技術,以及對復雜形狀實現穩定分析的求解器,使得初學者能夠與資深使用者一樣,方便簡單地得到精確的分析結果。

如果想針對某一系列問題進行電磁場領域的分析,ANSYS HFSS 能夠滿足您所有的需求。

 

適用領域

● 高頻組件:LTCC、介質振蕩器、耦合器、濾波器、隔離器、功分器、芯片部件、磁珠等

● 天線:貼片天線、角錐天線、陣列天線、Vivaldi 天線、八木天線等

● 電纜:同軸電纜、雙絞線電纜、帶狀電纜等

● IC 封裝:引腳型(QFP、PLCC、DIP、SOP 等)、PGA、BGA、TAB、功率器件(IGBT、功率MoSFET、DBC 基板等)、MCM 等

● 連接器:同軸連接器、多腳連接器(端子型、卡槽型等)、插針插座等

● PCB 板:裸板、平面、傳輸線、網格平面、硬板、混合板、柔性板

● 其他:RFID、無線充電、EMC/EMI、 核磁共振、微波加熱、光電接口

功能和特點
求解器

● 全波有限元法
● 采用四面體切向有限元法,完全排除奇異解
● 可以自由選擇零階到二階及混合階基數函數
● 直接法或迭代法矩陣求解器
● 有限元頻域求解器
● 基于間斷伽略金算法(DGTD)的時域求解器
● 三維矩量法積分方程求解器
● 有限元與積分方程的混合法求解器
● 本征模分析
● 根據不同用途的3 種掃頻方式 (離散/ 快速/ 插值)

輸出結果
● S 參數、 Y 參數、 Z 參數
● TDR
● 端口面的傳播模式和端口阻抗
● Touchstone 文件 、Spice 網表
● 差模/ 共模傳輸線特性
● 輻射特性(方向圖、增益、3/5/10m 遠場)
● 單站、雙站RCS
● 電磁場顯示(散射場、矢量場)
● 電場、磁場、電流密度、功率損耗等、場計算器可以得到的各種物理量

Optimetrics(選項模塊)
● 參數掃描、優化、敏感度分析、統計分析
● ANSYS DesignXporer 鏈接

CAD 接口
● 標準
  SAT、SAB、STL、NAS、DXF、DWG、GDS Ⅱ
● 選項模塊
  IGES
  STEP
  Creo(舊Pro/ENGINEER)
  Unigraphics
  Parasolid
  CATIA V4/V5
  Cadence Allegro/APD/Virtuoso
  ZUKEN CR5000 Board Designer
  Mentor Boardstation/Expedition/PADS
  Sigrity Unified Package Designer

CAD 內核
● ACIS Ver21

模型修復能力
對從外部CAD 導入的模型進行分析、檢查、定位問題所在,并自動修復。因此,避免由于數字精度不同產生的問題,實現穩定的分析。

設計變量
對于形狀的尺寸、位置、材料特性值、邊界條件設定的值等,將所有設定值作為變量,進行參數掃描研究和優化,變量支持三角函數、對數函數等變量設置,支持如對數周期天線的參數化設計。
頻域求解器(Frequency Domain Solver)
四面體切向矢量有限元算法,配合全自動自適應網格剖分技術,可獲得精確穩定的求解結果,是歷經多年驗證的求解器。
一般的有限元分析軟件要獲得高精度需耗時很長,ANSYS HFSS獨特的迭代法和混合階求解器,獲得同樣精度的結果花費的時間卻少很多。
瞬態求解器(Transient Solver)
使用DGTG(間斷伽略金有限元法),Transient求解器可以復用自適應網格剖分結果。非均勻四面體網格能更真實地反映模型細節,對于復雜模型,也不會降低精度。Transient求解器無需寬帶的掃頻計算,可降低內存消耗。此外,創新性的時間步長判定技術,使得求解結果更加穩定可靠。

 

 

積分方程法求解器(Integral Equation Solver)
三維矩量法求解器,能更好地求解開放空間問題。無需對開放的電磁波傳播空間進行求解,對大規模天線與金屬體RCS的計算,比現有的頻域求解器效率更高。

 

 

混合法求解器(Hybrid Solver)
頻域求解器與積分方程法求解器的混合。非金屬復雜形狀使用頻域求解器,而外部輻射空間使用積分方程求解器,發揮兩種算法的特長。使用混合求解器,空氣區域的外形可以任意形狀,大幅度減少了輻射區域的求解規模。
另外,使用該技術也可以將一個較大的區域分解成幾個區域,使用積分方程求解器計算分割區域的相互關系,可以計算出整個區域的電磁場。

 

 

 

全自動自適應網格剖分(Adaptive Auto Mesh)

混合階求解(Mixed Element Order Solution)
ANSYS HFSS有限元求解時采用的基函數,可以根據需要自由選擇零階至二階。3種基函數也可以在同一模型中混合使用,對于電尺寸小的器件和電尺寸大的結構共存的模型,可實現快速精確求解。

 

曲線型網格單元(Curvilinear Mesh)
網格的邊緣可以是曲線,以避免曲面模型被細密網格剖分。對于包含曲面的模型,如振蕩器這種曲面結構對性能影響很大的模型,可以實現高速精確求解。
 

 

 

模型分辨率(Model Resolution)
電磁場求解器中使用的CAD模型可以不完全等同于原始模型,進行某種程度上的簡化,可以大大提高求解效率。使用Model Resolution可以指定生成的最小網格邊長,以快速實現模型簡化。

 

 

 

 

邊界條件
● 理想電導體、有耗導體
● 對稱邊界(PerfectE、Perfect H)
● 輻射邊界(Radiation)
● 理想吸收邊界(Perfect Matched layer)
● 周期性邊界(對應于Floquet 分析)
● 各種阻抗邊界(對于金屬粗糙度和鍍層)
● RLC邊界(用于電磁場分析時設置任意常數的器件模型)
● Huray表面粗糙度模型

 

 

材料常數
材料常數包括介電常數、磁導率、tanδ、電導率,支持各向同性和各向異性材料。此外,求解受外部靜磁場影響的鐵氧體材料器件時,可以設定磁飽和化,DeltaH、G因素等。
● 頻變材料(Frequency Dependent Material)
在導入頻變材料特性時,實部和虛部需要滿足一定關系,才能保證求解結果合理。ANSYS HFSS可以自動對所有頻點的材料實部虛部參數進行因果性檢查,以確保信號完整性分析時獲得合理結果。
 

 

 

 

高性能計算選項(HPC)
有限元的并行計算是公認難題,ANSYS獨創性的技術實現了有限元并行求解。無需依賴通用并行庫,可以靈活分配計算資源,最大限度使用多核環境,縮短求解時間。

分布式求解(Distributed Solve)
可將插值或離散掃頻(Discrete/Interpolating Sweep)與優化模塊(Optimetrics)的求解分配到多個的CPU 中并行求解,提高求解效率。

區域分解法(Domain Decomposition Method)
可以將求解問題分解成多個部分,分配到連接在網絡上的計算機上。對一臺機器的內存要求大大降低,可以求解規模很大的模型。
此技術支持LSF和PBS等高性能計算環境,可以順利地與HPC調度系統集成。

 

 

 

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