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ANSYS HFSS

ANSYS HFSS

1 概述

ANSYS HFSS软件是三维全波电磁场仿真的行业标准。HFSS无与伦比的精度、先进的求解器和计算技术使得它成为高频和高速电子元件设计工程师的必备工具。

HFSS提供基于有限元、积分方程、渐进和高级混合算法的最先进的求解技术,旨在计算各种各样的微波、RF(射频)和高速数字化等问题。

 

HFSS为部件提供三维全波精度的仿真技术,从而实现RF和高速设计。通过高级电磁场求解器和强大的谐波平衡和瞬态电路求解器之间的动态链接,HFSS打破了重复设计迭代和冗长物理原型制作的循环。借助HFSS,工程团队在包括天线、相控阵、无源RF/微波组件、高速互连、连接器、IC封装和PCB等广泛应用中持续地实现一流设计。

2 功能特点

Ø 高频电磁求解器

ANSYS HFSS是一种优秀的高频电磁场仿真解决方案,它的算法包括:高精度有限元法 FEM、大规模矩量法MoM技术、超大规模物理光学PO近似法和射线弹跳法SBR

HFSS FEM:三维全波频域电磁场求解器。工程师能够可靠地提取SYZ参数、可视化三维电磁场,并生成组件模型,用于评估信号质量、传输路径损耗、阻抗失配、寄生耦合和远场辐射。

HFSS瞬态:仿真瞬态电磁场的表现,并在诸如时域反射TDR、地面穿透雷达GPR、静电放电ESD、电磁干扰EMI和雷击等应用中可视化场或系统响应。该技术是对HFSS频域解决方案的有力补充,让工程师能够在同一网格上和在时域/频域中了解电磁特性。

HFSS SBR+:高级天线性能仿真软件,可以在大型电气平台上快速准确地预测安装天线的方向性、近场分布和天线间的耦合。它利用近似的射线弹跳法加SBR+技术,以令人难以置信的速度和可扩展性,高效地计算准确的解。

HFSS IEHFSS-IE(积分方程法)使用三维矩量法MoM技术。它是研究辐射(如天线设计或安装)和散射(如雷达截面积RCS)等问题的理想选择。求解器可以使用多层快速多极子算法MLFMM或自适应交叉近似算法ACA,减少内存需求和求解时间,使得该工具能够用于求解电大尺寸问题。

HFSS混合技术:有限元边界积分FE-BI混合技术为HFSS提供了理想的吸收边界条件。通过减少有限元域总体积的共形辐射边界(包括凹性几何形状)设置,显著减小尺寸,实现天线平台集成问题的仿真。

Ø 自适应网格生成

采用自适应网格生成技术,您只需指定几何形状、材料属性和期望的输出即可。网格生成过程使用高度稳健的体积网格生成技术,并且具有多线程加速功能,减少了内存使用量,并缩短求解时间。这种成熟的技术消除了构建和精细化有限元网格的复杂性,并使先进的数值分析算法可以适用于您遇到的各种层次问题。

Ø 优化的用户环境

HFSS三维建模器:三维界面让您能够对复杂的三维几何形状进行建模或直接导入CAD几何文件,用于仿真高频组件,如天线、射频/微波组件和生物医学设备。您可以提取散射矩阵参数(SYZ参数)、可视化三维电磁场(近场和远场),并生成链接到电路求解器的ANSYS全波SPICE模型。

HFSS三维平面布局:HFSS三维平面布局是用于PCBIC封装或片上嵌入式无源组件的分层几何形状的优化界面。几何形状在二维设计环境中完成绘制和组装;然而,所有的三维尺寸带来的潜在电磁场影响都会被仿真考虑在内,例如走线厚度和蚀刻,键合线,焊料凸块和焊球等。可以在设计环境中轻松地对叠层尺寸、反焊盘半径、走线宽度和厚度等实现参数化设计。HFSS三维平面布局具有先进的phi网格生成技术,对硅基衬底、多层结构、电子封装和PCB的网格生成进行优化改进。

Ø 三维组件

    HFSS可以创建三维电磁仿真组件,并将其集成到更大的平台和系统中,缩短设计时间并促进协作,同时保护IP。这些三维组件可以包括天线、连接器、相控阵和高度集成的芯片封装板系统,当在HFSS中使用时,就会创建完整而准确的组件描述。该功能对于在组织内部以及在供应商和系统集成商之间共享详细的组件模型特别有用。可直接用于仿真的三维组件可由组件设计专家创建后,存储在库文件中,然后就能轻松添加到更大的系统设计中。您可以选择加密和隐藏三维组件中的部分设计信息,包括几何形状、材料和其他关键信息,然后在整个供应链中共享该组件。共享组件的特性将在随后的HFSS仿真中被完全提取,不会影响精度。共享加密组件使系统集成商能够获取组件(例如供应商提供的天线)与安装平台之间完整的电磁相互影响。

Ø 先进的相控阵天线仿真

ANSYS HFSS可以仿真考虑所有电磁效应(包括单元间耦合、单元天线辐射方向图、扫描输入阻抗和近场或远场辐射)情况下的相控阵天线。可以利用几何形状的周期性质,高效模拟无限大和有限大小的阵列。

有限大阵列天线仿真技术利用HPC域分解为大型的有限大阵列快速求解。该技术能够执行完整的阵列分析,预测所有单元的互耦、扫描阻抗、单元辐射方向图、阵列辐射方向图和阵列边缘效应。

Ø 高性能计算

多线程:ANSYS Electronics HPC利用单台计算机上的多个内核,缩短计算时间。多线程技术加快了初始网格生成、矩阵求解,和场恢复过程。

频谱分解法:频谱分解法SDM将多个求解频点分布到多个核数和节点上并行计算,从而加速频率扫描。

域分解法:域分解法DDM将仿真问题分布到多个内核和网络节点上,加速更大和更复杂几何形状问题的求解。

    周期性域分解:周期性域分解将DDM应用于有限大的周期性结构,例如天线阵列或频率选择表面。此法虚拟复制周期性单元的几何形状和网格,然后将DDM算法应用于得到的有限大阵列,从而求解所有单元的唯一场。

混合域分解法:混合域分解时在由有限元FEM和积分方程IE域组成的模型上使用DDM。这种方法结合了FEM处理复杂几何形状的能力优点,和MoM用于天线和雷达截面积分析的高效解决方案的优点。

分布式直接矩阵求解器:分布式直接矩阵求解器是用于HFSS的分布式内存并行技术。矩阵的求解过程被分布在多个内核或集成了MPI的多个计算节点上。它通过增加可用内存量和网络CPU核数,可以求解更大规模的问题。

Ø ANSYS RF选项

ANSYS RF选项结合HFSS,创建了一个端到端的高性能RF仿真流程。其功能包括谐波平衡电路求解器、2.5维平面矩量法求解器、滤波器合成设计等。它还包括EMIT,一种独特的多保真度方法,用于预测RF共址干扰,以找到复杂RF环境中EMI问题的根本原因。

EMIT

· 完整的射频共址和天线共存分析环境

· 快速根本原因分析的自动诊断

· 快速评估和潜在解决措施的比较

· RF组件库

· 多保真度参数化无线电模型

· 天线间耦合模型

电路分析

· 线性

· 瞬态

· 多个连续选项的直流分析

· 多音谐波平衡法

射线法

· 振荡器分析

自主增强驱动源选项

· 时变噪声和相位噪声

· 包络

多载波调制支持

· 负载牵引和模型支持

· 周期转换功能

Ø ANSYS SI选项

ANSYS SI 选项非常适合分析 IC、封装、连接器和 PCB 中的信号完整性、电源完整性,以及时序和噪声余量缩小引起的 EMI问题。ANSYS SI 选项为 HFSS 添加了瞬态电路分析模块,使您能够创建包含括驱动电路和通道的高速通道设计。驱动电路可以是晶体管级电路、基于 IBIS 的电路或理想的电路来源。有多种求解器类型可供用户选择:

· 线性网络分析

· 瞬态分析

· QuickEyeVerifEye分析,可在高速通道设计、浴盆曲线、抖动和眼图遮罩中快速生成眼图

· 支持Spectre®HSPICE®功能的蒙特卡罗分析

· 自动收敛的直流分析

· ANSYS Q3D ExtractorANSYS SIwave之间的动态链接

· IBIS-AMI分析和模型支持

Ø 先进的宽带SPICE模型生成

包含在ANSYS HFSS中的ANSYS全波SPICE提供具有频变特性的SPICE模型,用于时域电路分析工具中的精确时域仿真。ANSYS全波SPICE模型可以用于ANSYS NexximHSPICE®Spectre®RFMATLAB®。全波SPICE可一键生成高精度、高带宽的SPICE模型。该功能让您能够在考虑千兆频率效应的情况下,设计电子和通信组件。

3 产品概览

ANSYS电磁场 电路/系统仿真产品