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ANSYS HFSS
 

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。

 

适用领域

● 高频组件:LTCC、介质振荡器、耦合器、滤波器、隔离器、功分器、芯片部件、磁珠等

● 天线:贴片天线、角锥天线、阵列天线、Vivaldi 天线、八木天线等

● 电缆:同轴电缆、双绞线电缆、带状电缆等

● IC 封装:引脚型(QFP、PLCC、DIP、SOP 等)、PGA、BGA、TAB、功率器件(IGBT、功率MoSFET、DBC 基板等)、MCM 等

● 连接器:同轴连接器、多脚连接器(端子型、卡槽型等)、插针插座等

● PCB 板:裸板、平面、传输线、网格平面、硬板、混合板、柔性板

● 其他:RFID、无线充电、EMC/EMI、 核磁共振、微波加热、光电接口

功能和特点
求解器

● 全波有限元法
● 采用四面体切向有限元法,完全排除奇异解
● 可以自由选择零阶到二阶及混合阶基数函数
● 直接法或迭代法矩阵求解器
● 有限元频域求解器
● 基于间断伽略金算法(DGTD)的时域求解器
● 三维矩量法积分方程求解器
● 有限元与积分方程的混合法求解器
● 本征模分析
● 根据不同用途的3 种扫频方式 (离散/ 快速/ 插值)

输出结果
● S 参数、 Y 参数、 Z 参数
● TDR
● 端口面的传播模式和端口阻抗
● Touchstone 文件 、Spice 网表
● 差模/ 共模传输线特性
● 辐射特性(方向图、增益、3/5/10m 远场)
● 单站、双站RCS
● 电磁场显示(散射场、矢量场)
● 电场、磁场、电流密度、功率损耗等、场计算器可以得到的各种物理量

Optimetrics(选项模块)
● 参数扫描、优化、敏感度分析、统计分析
● ANSYS DesignXporer 链接

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

CAD 内核
● ACIS Ver21

模型修复能力
对从外部CAD 导入的模型进行分析、检查、定位问题所在,并自动修复。因此,避免由于数字精度不同产生的问题,实现稳定的分析。

设计变量
对于形状的尺寸、位置、材料特性值、边界条件设定的值等,将所有设定值作为变量,进行参数扫描研究和优化,变量支持三角函数、对数函数等变量设置,支持如对数周期天线的参数化设计。
频域求解器(Frequency Domain Solver)
四面体切向矢量有限元算法,配合全自动自适应网格剖分技术,可获得精确稳定的求解结果,是历经多年验证的求解器。
一般的有限元分析软件要获得高精度需耗时很长,ANSYS HFSS独特的迭代法和混合阶求解器,获得同样精度的结果花费的时间却少很多。
瞬态求解器(Transient Solver)
使用DGTG(间断伽略金有限元法),Transient求解器可以复用自适应网格剖分结果。非均匀四面体网格能更真实地反映模型细节,对于复杂模型,也不会降低精度。Transient求解器无需宽带的扫频计算,可降低内存消耗。此外,创新性的时间步长判定技术,使得求解结果更加稳定可靠。

 

 

积分方程法求解器(Integral Equation Solver)
三维矩量法求解器,能更好地求解开放空间问题。无需对开放的电磁波传播空间进行求解,对大规模天线与金属体RCS的计算,比现有的频域求解器效率更高。

 

 

混合法求解器(Hybrid Solver)
频域求解器与积分方程法求解器的混合。非金属复杂形状使用频域求解器,而外部辐射空间使用积分方程求解器,发挥两种算法的特长。使用混合求解器,空气区域的外形可以任意形状,大幅度减少了辐射区域的求解规模。
另外,使用该技术也可以将一个较大的区域分解成几个区域,使用积分方程求解器计算分割区域的相互关系,可以计算出整个区域的电磁场。

 

 

 

全自动自适应网格剖分(Adaptive Auto Mesh)

混合阶求解(Mixed Element Order Solution)
ANSYS HFSS有限元求解时采用的基函数,可以根据需要自由选择零阶至二阶。3种基函数也可以在同一模型中混合使用,对于电尺寸小的器件和电尺寸大的结构共存的模型,可实现快速精确求解。

 

曲线型网格单元(Curvilinear Mesh)
网格的边缘可以是曲线,以避免曲面模型被细密网格剖分。对于包含曲面的模型,如振荡器这种曲面结构对性能影响很大的模型,可以实现高速精确求解。
 

 

 

模型分辨率(Model Resolution)
电磁场求解器中使用的CAD模型可以不完全等同于原始模型,进行某种程度上的简化,可以大大提高求解效率。使用Model Resolution可以指定生成的最小网格边长,以快速实现模型简化。

 

 

 

 

边界条件
● 理想电导体、有耗导体
● 对称边界(PerfectE、Perfect H)
● 辐射边界(Radiation)
● 理想吸收边界(Perfect Matched layer)
● 周期性边界(对应于Floquet 分析)
● 各种阻抗边界(对于金属粗糙度和镀层)
● RLC边界(用于电磁场分析时设置任意常数的器件模型)
● Huray表面粗糙度模型

 

 

材料常数
材料常数包括介电常数、磁导率、tanδ、电导率,支持各向同性和各向异性材料。此外,求解受外部静磁场影响的铁氧体材料器件时,可以设定磁饱和化,DeltaH、G因素等。
● 频变材料(Frequency Dependent Material)
在导入频变材料特性时,实部和虚部需要满足一定关系,才能保证求解结果合理。ANSYS HFSS可以自动对所有频点的材料实部虚部参数进行因果性检查,以确保信号完整性分析时获得合理结果。
 

 

 

 

高性能计算选项(HPC)
有限元的并行计算是公认难题,ANSYS独创性的技术实现了有限元并行求解。无需依赖通用并行库,可以灵活分配计算资源,最大限度使用多核环境,缩短求解时间。

分布式求解(Distributed Solve)
可将插值或离散扫频(Discrete/Interpolating Sweep)与优化模块(Optimetrics)的求解分配到多个的CPU 中并行求解,提高求解效率。

区域分解法(Domain Decomposition Method)
可以将求解问题分解成多个部分,分配到连接在网络上的计算机上。对一台机器的内存要求大大降低,可以求解规模很大的模型。
此技术支持LSF和PBS等高性能计算环境,可以顺利地与HPC调度系统集成。

 

 

 

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