Ansys HFSS学习¶
第一章 HFSS简介¶
1.1 CAE仿真与电磁场求解¶
1.1.1CAE电磁场求解的三个主要应用方向¶
1.1.2 Maxwell 方程组的数值计算求解¶
通过网格剖分，将空间剖分成网格，在每个网格中计算电磁场的分布，从而简化求解的难度。
使用HFSS，可以使用MoM,FEM,DGTD,PO,SBR方法仿真求解。
1.1.3 多物理场仿真与耦合¶
1.2 HFSS产品简介¶
1.2.1 HFSS简介¶
- Ansys HFSS是一款通用的三维结构全波高频电磁场仿真工具，为用户提供自动和自适应网格破分技术和先进的电磁场算法，实现高精度、高可信度而又易于使用和掌握的电磁求解，是高频/高速工程师的必备工具
- 能够求解从射频和微波到高速PCB和封装信号在内的各种电磁场问题
- 拥有最广泛的用户基础，被业界普遍视为高频结构仿真的黄金工具
- 作为一款三维全波电磁场求解工具，具有到电路仿真器的动态链接，可以让工程师在构建天线、高速互联、RF组件和可穿戴设备的模拟原型
- 核心算法为频域有限元FEM算法，也包括了时域有限元（DGTD）、积分方程法（IE）、物理光学法（PO）、弹跳射线法（SBR+）等多种算法，实现从复杂结构和电大尺寸问题的全面求解功能，具有很好的通用性和稳健性
- 内置电磁兼容仿真库和医疗医学仿真库
- 射频电路和系统仿真
- 可为HFSS添加RF电路分析功能
- 让工程师能够设计RF和微波电路以及基于标准通信方案的完整端到端的无线通信系统
- 线性和非线性仿真
- 例如谐波平衡、滤波器综合、振荡器以及负载牵引/包络分析，相位噪声分析
- 2.5D平面MOM求解器
- 系统级射频干扰仿真
1.2.2 仿真功能¶
- FEM和IE适合结构复杂的电磁问题(10个波长以内)
- 大型问题，运行时间内存需求非常大
- 结合区域分解法DDM，精确求解有限大阵列问题
- SBR和PO适合结构简单，超大电尺寸问题(10000个波长以上)
- SBR+可以在保证速度和精度的前提下，解决电大尺度问题
- 混合算法可以解决电大尺寸同时结构复杂的真实工程问题(100个波长)
- 天线罩、阵列天线与运载平台的相互作用问题
1.2.3 HFSS在计算电磁学领域的关键技术突破¶
1.2.4 射频干扰仿真工具¶
1.3 HFSS的算法技术¶
1.3.1 HFSS的算法¶
- HFSS:Frequency domain finite element solver(频域有限元)
- 支持直接法、迭代法和区域分解法矩阵求解，支持本征模式求解
- 最广泛的适用范围，包括天线和天线阵，微波器件，PCB和封装等
- HFSS-Transient: Time domain finite element solver(时域有限元)
- v13版本添加，显式求解与隐式求解相结合
- 主要用于研究电磁瞬变现象，如雷击，ESD等
- HFSS-IE: Frequency domain integral equation solver(频域矩量法)
- V12版本添加，支持MLFMM和ACA矩阵算法，支持特征模求解
- 主要用于金属结构和均匀介质辐射与散射问题
- HFSS-SBR+:Shooting and Bouncing Rays solver (弹跳射线法)
- V15版本添加，考虑爬行波的修正，可以考虑绕射效应
- 主要用于电大金属结构，包括天线与安装平台的相互作用
- HFSS-PO: Physical Optics solver ((物理光学法)
- V14 版本添加，不考虑绕射效应
- 主要用于电大简单金属结构
1.3.2 HFSS对整个仿真空间进行网格剖分¶
A. 基于网格进行数值计算¶
- 采用四面体网格
- 通过网格剖分，将求解结构离散化，然后对每个网格求解Maxwell方程，得到结构的整体电磁特性和S参数
- HFSS网格包括所有结构细节，能够更好体现结构特性，确保结果的可靠性
B. 自适应剖分¶
自动生成初始网格，根据电场梯度细化，迭代，直至满足精度要求。在电场梯度较大的地方增加网格，从而更精确地确定电场分布。从而实现用尽可能少的网格，在减少软件的时间代价和性能代价的基础上，实现更精确的仿真。
1.3.3 超限元法(Transfinite Element Method)¶
根据端口的形状进行波导本征模的展开
端口场可以根据波导的本征模来展开 $$ \vec{E}=\sum_{i=1}^M\left(\alpha_i+\beta_i\right)\vec{e}_i\Rightarrow\beta=S\alpha $$
- 每个模式可以看做是端口面的基函数，这些模式从本质上讲师端口面的基本解或者格林函数，所以超限元法相当精确。
- 超限元法同样包括确切的边界条件
- 通过激励第\(i^{th}\)的模式(\(a_j=\delta_{ij}\))，可以解决\(S\)矩阵的第\(i^{th}\)列
1.3.4 DDM区域分解法¶
A. 一般DDM¶
B. 采用DDM技术的混合算法¶
从图中可以看出，虽然喇叭和反射面不在同一个空间中，但是通过FE-BI技术可以进行同时的高效率计算
进一步的，在下图中，只需要将需要高精度求解的喇叭用求解区域包裹住，将反射面设置为IE区域，直接进行仿真计算
C. 针对周期性结构的DDM技术¶
求解一个单元，通过迭代将真实的其他单元(边缘的？中央的？)的场分布描述出来。可以考虑到边缘效应、耦合效应和加权效应等等等等。
1.3.5 Ansys SBR+Solver¶
- 功能强大的电磁场工具
- 能够帮助工程师确定在大型结构和区域中已经安装的天线的性能
- 射线跟踪技术
- 提供远场辐射图的速度远远超过传统FEA
- 可以模拟多次反弹、边缘绕射和爬行波射线
- 混合求解器技术
- 在为大型区域设计或实现天线的时候，可以利用Ansys HFSS中集成的SBR+混合求解器技术获得更准确的解决方案
1.3.6 其他重要技术¶
1.4 HFSS的界面以及操作流程¶
1.4.1 ANSYS AEDT¶
- HFSS任意三维结构的电磁场分析
- HFSS 3D Layout
- Maxwell 3D/2D
- Q3D/Q2D Extractor
- Circuit Simulation
1.4.2 三个基本界面¶
3D Layout 编辑器¶
1.4.3 HFSS的电磁仿真工作流程¶
HFSS自动求解过程¶
第二章 模型与网络¶
2.1 HFSS中的建模与模型处理¶
2.1.1 建模环境、过程及工具介绍与演示¶
HFSS建模器中的三维物体¶
???note “几何属性对话框不出现？”
如果在上面的步骤中，完成三维实体的绘制后，没有弹出几何属性对话框？
