HFSS

用於RF和無線設計的3D電磁場模擬器

Ansys HFSS是3D電磁(EM)模擬軟體,用於設計和模擬高頻電子產品,例如天線、陣列天線、RF或微波組件、高速互連、濾波器、連接器、IC封裝和印刷電路板。全球工程師使用Ansys HFSS來設計通信系統、雷達系統、高級駕駛員輔助系統(ADAS)、衛星、物聯網(IoT)產品和其他高速RF和數字中的高頻、高速電子產品設備。HFSS(高頻結構模擬器)採用多功能求解器和直觀的GUI,可為您提供無與倫比的性能以及對所有3D EM問題的深入了解。通過與Ansys熱、結構和流體動力學工具整合,HFSS可對電子產品進行強大而完整的多物理場分析,從而確保其熱和結構可靠性。

Ansys HFSS產品由一組全面的求解器組成,可解決各種電磁問題,涉及的細節和規模從無源IC組件到超大型EM分析(例如ADAS系統的汽車雷達場景)。它可靠的自適應網格細化功能使您可以專注於設計,而不必花費時間確定和創建最佳網格。這種自動化且有保證的準確性使HFSS與所有其他EM模擬器區分開來,後者需要使用者手動控制多種方案,以確保生成的網格合適且準確。Ansys HFSS是用於研發和虛擬設計原型製作的首要EM工具。它減少了設計週期,並提高了產品的可靠性和性能。通過Ansys HFSS擊敗競爭對手並佔領您的市場。

功能

Ansys HFSS使用高精度的有限元方法(FEM),大規模的矩量法(MoM)和超大型漸近彈射線法(SBR),具有先進的繞射和繞射波物理特性增強精度(SBR +)。Ansys HFSS產品有下列求解器,可以解決涉及小型到大型結構的多種EM問題:

HFSS:頻域、時域、積分方程、混合技術

HFSS SBR +:彈射線法、物理光學、繞射物理理論、一致性繞射理論、繞射波

積分方程

積分方程(IE)求解器採用3D矩量法(MoM)技術有效地解決了開放輻射和散射問題。適用於天線設計和/或天線放置等輻射研究以及雷達截面(RCS)等散射研究。求解器可採用多級快速多極方法(MLFMM)或自適應交叉逼近(ACA)來減少內存需求和求解時間,從而可以將此工具應用於非常大的問題。

 

HFSS快速模式

快速模擬結果可以提供有關設計趨勢的寶貴見解,HFSS包括快速模擬模式。在產品設計前期快速模式可調整求解器和自適應網格器,以盡快求得結果,而不會顯著影響求解精度。

 

Ansys HFSS SBR+

SBR +是唯一的能夠同時具有一致的物理繞射理論(PTD)、一致性繞射理論(UTD)和繞射波實現彈射線法(SBR)技術的商業電磁求解器,用於模擬大型電氣上已安裝的天線性能為數百或數千個波長的平台。SBR使用射線追踪技術來建模天線平台上的感應表面電流或由導體和電介質組成的散射幾何形狀。借助SBR +求解器,工程師可以在電介質和大型平台上,快速、準確地預測遠場安裝的天線輻射方向圖、近場分佈以及天線到天線的耦合(S參數)。可以在大型結構中對傳輸和反射進行建模,例如車輛、飛機、天線罩等。

 

繞射物理理論

物理繞射理論(PTD)楔形校正功能用於校正沿天線平台的尖銳邊緣的PO電流,以改善EM場繞射現象。

一致性繞射理論

工程師可由照明的幾何邊緣建立並由PTD楔識別的統一繞射理論(UTD)邊緣繞射射線進行建模。對於散射幾何結構的重要部分未受直接照明或多次反射照明的情形來說,這一點很重要。

ACTRadarPre和RadarPost擴充功能提供HFSS用於雷達處理

RadarPre和RadarPost擴充功能簡化並加快了設置這些複雜雷達模擬的過程,並提供了簡化的後處理功能,以呈現圖形豐富的分析結果。標準安裝的Ansys Electronics Desktop提供了RadarPre和RadarPost ACT擴充功能。ACT在各種物理場分析中都提供強力的支援。

加速都卜勒信號處理

加速都卜勒信號處理(ADP)進一步加速了ADAS、自動駕駛汽車和其他近場雷達系統中使用的長、中、短程脈衝都卜勒和chirp序列調頻連續波(FMCW)雷達的模擬超過100倍。 ADP在Ansys Electronics Desktop中包括整合的距離都卜勒圖像地圖後處理和動畫。除ADP外,增益和自耦合天線鏈路還簡化了整個雷達設計過程,因此雷達傳感器模擬結果可無縫用於安裝的性能建模以及雷達環境範圍都卜勒模擬中。該工作流程簡化了雷達傳感器設計人員與傳感器整合到車輛和大環境雷達模擬中的OEM之間的協作。加速都卜勒信號處理是Ansys Electronics Enterprise產品套件的一部分。

 

可靠性和自適應網格劃分

Ansys HFSS得以自動提供準確的解決方案,關鍵是自動自適應網格劃分技術的應用,根據設計的物理和電磁學產生精確的解決方案。這與其他電磁(EM)模擬工具形成對比,在這種模擬工具中,工程師被期望知道如何對結構進行網格劃分以獲得準確的解決方案。自動自適應網格劃分是一種高度穩健的網格劃分技術,盡可能快速地確保准確性以產生有效的網格。您只需要導入或繪製幾何圖形,然後指定材料、邊界條件、激發模態和感興趣的頻段,HFSS會處理其餘的工作。為了快速處理CAD幾何圖形的修復和簡化需求,HFSS中包含了強大的TAU flex網格劃分技術。TAU flex將從最關鍵的模型中快速生成可靠的初始網格。

 

 

3D組件

Ansys 3D組件代表較大模擬的離散零組件,可以快速重新用於Ansys HFSS中的電磁模擬。3D組件可以封裝幾何、材料屬性、邊界條件、網格設置、激發模態和離散參數控制。它們便於重複使用,例如天線、連接器和表面貼裝器件,例如片狀電容器、電感器和分立LTCC濾波器。為了實現業界地保密協定,具備文件加密和設置細項來建立Ansys 3D組件,以謹慎地控制使用者的檢視權限。系統整合商只是將組件新增到系統上,例如飛機上天線的3D組件,以模擬天線的安裝性能。3D組件提供了完全耦合的電磁分析,以放心地參考模擬結果來呈現Ansys HFSS模擬的完全耦合且精確的模型。分立組件的供應商和開發人員可以在Ansys HFSS中箭力可用於模擬的3D組件,並將其提供給最終用戶,以便他們可以在較大的系統模擬中引用它們。藉由3D組件共用,供應商可以為客戶提供可進行HFSS模擬的模型。

 

 

Ansys合作夥伴Modelithics®提供了HFSS 3D組件的認證資料庫。包含Barry QFN封裝、RJR QFN封裝、Coilcraft電感器、Johanson電容器、微型電路濾波器和Gigalane同軸連接器的模型。

 

先進相控陣列天線模擬

在Ansys HFSS中,工程師透過進階單位單元來模擬具備所有電磁效應的無限和有限相控陣天線,包括相互耦合、陣列晶格定義、有限陣列邊緣效應、虛擬元素、元素遮蔽等。候選陣列設計可以在任何掃描條件下檢查所有元件的輸入阻抗;相控陣天線基於在任何感興趣的掃描條件下的元素匹配(無源或驅動)遠場和近場方向圖行為,針對元素、子陣列或完整陣列級別的性能進行改善。

 

無限陣列建模涉及單位單元內的一個或多個天線元件。該單元在周壁上包含週期性的邊界條件以反映場,從而創建了無限數量的元素。可以計算元素掃描阻抗和嵌入的元素輻射圖,包括所有相互耦合效應。該方法對於預測在某些陣列光束轉向條件下可能發生的陣列盲掃描角度特別有用。有限陣列模擬技術利用單位單元的域分解來獲得大型有限尺寸陣列的快速解決方案。該技術可以執行完整的陣列分析,以預測所有相互耦合、掃描阻抗、元件圖案、陣列圖案和陣列邊緣效應。

 

HPC高性能計算

Ansys Electronics HPC支持平行處理以解決最困難和最具挑戰性的模型,如具有詳細幾何細節、大型系統和複雜的模型。Ansys不僅提供簡單的硬體加速功能,還提供針對多核運算進行最佳化的突破性數值求解器和HPC方法,並具有可擴展性以充分利用整個計算群的優勢。無論使用哪種HPC技術,所需的HPC數量都僅基於分析中使用的處理核心數。

多線程:

Ansys Electronics HPC利用單電腦上的多核心來降低求解時間。多線程技術加快了初始網格生成和矩陣求解的速度。

頻譜分解方法(SDM):

透過計算核心和節點上平行分佈多個頻率點來加快頻率掃描。可與多線程合併使用,以加速單個頻率點的讀取速度,而SDM平行化多頻率點讀取。

域分解方法(DDM):

多核心和網絡節點之間分佈模擬,加快更大、更複雜幾何模型的求解。此方法主要用於分佈式內存解決更大的問題。它也可以與多線程和SDM結合使用,以提高模擬可擴展性和傳輸量。

週期域分解:

週期域分解將DDM應用於有限的周期結構,例如天線陣列或頻率選擇表面。這種方法實際上是複製了周期性結構的晶格幾何形狀和網格,然後將DDM算法應用於所得的有限小數組。模擬能力和速度大幅提升。該方法可以與多線程和SDM結合使用,以進一步加速求解。

混合域分解方法:

混合DDM在包含有限元(FE)域和積分方程(IE)域的模型上使用域分解方法。HFSS IE求解器使您創建可以解決極大EM問題的HFSS模型。這種方法論結合了FEM處理複雜幾何圖形的能力以及MoM用於天線和雷達橫截面分析的高效解決方案。混合DDM可以與多線程和SDM結合使用,以提供進一步求解加速。

分佈式直接矩陣求解器:

分佈式直接矩陣求解器是用於HFSS和HFSS-IE求解器的分佈式內存並行技術。透過增加MPI內存授權,可實現具有更高可擴展性的解決方案;通過增加MPI網絡核心授權,可實現更高精度的直接矩陣求解器解決方案。這些分佈式內存矩陣求解器可以與多線程和SDM結合使用,以進一步提高模擬傳輸量。

分佈式內存矩陣求解器:

分佈式內存矩陣求解器(DMM)是用於HFSS的分佈式內存並行技術,包括有限元方法(FEM)和積分方程(IE)。矩陣解決方案分佈在MPI綜合的計算節點的多個核心中。通過增加MPI內存授權和聯網,可以減少每個節點的內存佔用量,並提高可伸縮性和速度。 DMM求解器集成在Auto-HPC技術中,可以與頻譜分解方法(SDM)正交組合以進一步提高模擬傳輸量。

雲端HPC

Ansys雲端服務使高性能計算(HPC)極易應用。它是與領先的HPC雲端平台Microsoft Azure合作開發,且已整合到Ansys Electronics Desktop中。

 

最佳的操作環境

功能齊全的3D實體建模器和佈局界面使您可以在佈局設計流程中進行工作,或導入和編輯3D CAD幾何圖形。

 

 

HFSS 3D Modeler

3D界面使您能夠建模複雜的3D幾何圖形或導入CAD幾何圖形,以模擬高頻組件,例如天線,RF /微波組件和生物醫學設備。您可以提取散射矩陣參數(S,Y,Z參數),可視化3D電磁場(近場和遠場),並生成鏈接到電路模擬的Ansys Full-Wave SPICE模型。

HFSS 3D Layout

HFSS 3D Layout是針對PCB,IC封裝和片上無源元件的分層幾何結構的優化接口。它適用於分析PCB和封裝的信號完整性,包括全波或輻射效應。應用範圍從具有復雜突圍區域和參考不佳的傳輸線的高速串行鏈路到貼片天線和毫米波電路。工程師可以繪製或導入幾何圖形,以分析電磁行為,顯示輻射場,研究阻抗和傳播常數,探索S參數或計算插入損耗和回波損耗。

 

射頻系統和電路

HFSS 3D Layout是針對PCB,IC封裝和片上無源元件的分層幾何結構的優化接口。它適用於分析PCB和封裝的信號完整性,包括全波或輻射效應。應用範圍從具有復雜突圍區域和參考不佳的傳輸線的高速串行鏈路到貼片天線和毫米波電路。工程師可以繪製或導入幾何圖形,以分析電磁行為,顯示輻射場,研究阻抗和傳播常數,探索S參數或計算插入損耗和回波損耗。

 

 

可在以下應用程式中找到有關這些求解方案的更多訊息:電磁干擾、射頻干擾、射頻設計

 

發射:

射頻預算分析、內置無線傳播模型、射頻共存和天線共存分析、自動化診斷可快速進行根本原因分析、快速評估和比較潛在的緩解措施、射頻無線電和組件庫、多保真行為無線電模型、天線到天線耦合模型

電路分析:

線性的、暫態、具有多個連續選項的DC分析、多音諧波平衡分析

射擊方式:

振盪器分析

自主加驅動源選項:

時變噪音和相位噪音分析、包絡分析

多載波調製支持:

負載拉力分析和模型支持、週期傳遞函數分析、瞬態分析

 

SI電路

當與HFSS結合使用時,SI電路可用於分析信號完整性、電源完整性和EMI問題,這些問題是由於PCB、電子封裝、連接器和其他複雜電子連接中的時序和噪音裕度縮短而引起的。具有SI電路的HFSS可以處理IC、封裝、連接器和PCB之間從晶片到晶片的現代互連設計的複雜性。通過將HFSS高級電磁場模擬功能動態地與功能強大的電路和系統模擬鏈接在一起,工程師可以在構建硬體原型之前很早就了解高速電子產品的性能。這種方法使電子公司可以通過縮短產品上市時間、降低成本和改善系統性能來獲得競爭優勢。SI Circuits將瞬態電路分析新增到HFSS。這使工程師能夠建立包含驅動電路和通道在內的高速通道設計。驅動電路可以是電晶體級,基於IBIS的源或理想源。在這些通道上執行分析時,可以從多種分析類型中選擇:

 

 

  • 線性網絡分析(包括在HFSS中)
  • 瞬態分析
  • QuickEye和VerifEye分析可在高速通道設計、浴缸曲線、抖動和眼罩中快速生成眼睛
  • 支持Spectre®和HSPICE®功能的Monte Carlo分析
  • 具有自動收斂的DC分析
  • 與Ansys Q3D Extractor和Ansys SIwave的動態鏈接
  • IBIS-AMI分析和模型支持

 

 

 

多域系統建模

Ansys Simplorer是一個強大的平台,用於建模和模擬與Ansys Maxwell,Ansys HFSS,Ansys SIwave和Ansys Q3D Extractor集成的系統級數字原型。 工程師可以驗證和優化其軟體控制的多域系統的性能。 通過靈活的建模功能以及與Ansys 3D物理模擬的緊密集成,Simplorer為組裝和模擬系統級物理模型提供了廣泛的支持,以幫助工程師將概念設計,詳細分析和系統驗證聯繫起來。 Simplorer是電氣化系統設計的理想選擇; 發電; 轉換 存儲和分發應用程序; EMI / EMC研究以及一般的多域系統優化和驗證。

 

 

 

Simplorer特徵:

  • 電路模擬
  • 方塊圖模擬
  • 狀態機模擬
  • VHDL-AMS模擬
  • 集成的圖形建模環境

模型資料庫

  • 模擬和電力電子元件
  • 控制塊和傳感器
  • 機械零件
  • 液壓元件
  • 數字和邏輯塊

特定應用庫

  • 航空航天網絡
  • 電動車
  • 電力系統
  • 特色製造商組件
  • 降階建模
  • 電力電子設備和模塊的表徵
  • 與MathWorks Simulink共同模擬

 

最佳化

參數化和最佳化是模擬驅動產品開發的關鍵推手。參數分析可根據您的設計變量全面了解設計範圍,以便您可做出更好的工程決策。 最佳化使軟體能夠自動探索更好的設計。HFSS提供的參數化和最佳化功能包括:

 

參數分析

  • 用戶指定的參數範圍和步驟數
  • 自動分析參數排列
  • 跨多個硬體平台的自動化作業管理,並提供參數重組研究

最佳化

  • 可選的成本函數和目的目標,包括:擬牛頓法、順序非線性規劃(SNLP)、整數順序非線性編程

敏感度分析

  • 設計變異研究以確定對以下方面的敏感性:製造公差、材料特性

敏感度分析

  • 設計變異研究以確定對以下方面的敏感性:製造公差、材料特性

調整工具

  • 滑塊調整形式,用於即時顯示和調整結果

統計分析

  • 設計性能分佈與參數值
 

 

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