ANSYS HFSS

ANSYS HFSS представляет собой мощное трехмерное электромагнитное программное решение для моделирования высокочастотных электромагнитных полей и электронных продуктов, таких как антенны, фазированные антенные решетки, радиочастотные или микроволновые компоненты, высокоскоростные интерконнекты, фильтры, разъемы, пакеты интегральных схем и печатные платы. Инженеры по всему миру используют ANSYS HFSS для разработки высокочастотной, высокоскоростной электроники для систем связи, радаров, системах помощи водителю (ADAS), спутниках, продуктах интернет-вещания (IoT) и других высокоскоростных радиочастотных и цифровых устройств.

ANSYS HFSS использует универсальные решатели и интуитивно понятный графический интерфейс, что дает пользователю беспрецедентную производительность и глубокое понимание всех задач высокочастотного магнетизма. Благодаря интеграции с тепловыми, прочностными и гидродинамическими инструментами ANSYS, HFSS обеспечивает мощный и полный многофазный анализ электронных продуктов, обеспечивая их тепловую и прочностную надежность. ANSYS HFSS «золотым стандартом» для решения задач трехмерного электромагнетизма благодаря сложным решателям, которые могут быть ускорены с помощью технологии высокопроизводительных вычислений (HPC).

ANSYS HFSS состоит из полного набора решателей для решения разнообразных электромагнитных задач от пассивных электронных компонентов до чрезвычайно крупномасштабных расчетов, таких как автомобильные радарные сцены для систем ADAS. Алгоритм автоматической адаптивной настройки сетки позволяет сосредоточиться на дизайне, а не на затратах времени на сеточную генерацию. Эта автоматизация и гарантированная точность получаемых результатов отличает ANSYS HFSS от всех других решателей электромагнитного анализа, которые требуют ручного пользовательского контроля и нескольких решений, чтобы гарантировать, что сгенерированная сетка является подходящей и точной. С ANSYS HFSS физика определяет сетку, а не сетка определяет физику.

 

Расчетные возможности

Высокочастотные электромагнитные решатели

ANSYS HFSS использует высокоточный метод конечных элементов (FEM), крупномасштабный метод моментов (MoM) и сверхбольшой масштабный асимптотический метод съемки и отскока лучей (SBR) с расширенной физикой дифракции и распространения электромагнитных волн для улучшения точности (SBR +).

 

В ANSYS HFSS имеются следующие решатели для различных электромагнитных задач:

HFSS: Frequency Domain Time Domain Integral Equations Hybrid Technologies

HFSS SBR+: Shooting and Bouncing Ray Physical Optics Physical Theory of Diffraction Uniform Theory of Diffraction Creeping Wave

 

Гибридные технологии ANSYS HFSS 

Гибридная технология FEM-IE построена на HFSS FEM, IE MoM и запатентованном методе декомпозиции домена ANSYS (DDM) для решения электрических и сложных систем. Применяя соответствующую технологию решателя, локальные области с высокими геометрическими деталями и сложными материалами обращаются с конечным элементом HFSS, а области больших объектов или установленных платформ рассматриваются с помощью 3D MoM HFSS-IE. Решение поставляется в одной конфигурации с помощью единой масштабируемой и полностью связанной системной матрицы.

 

Метод конечных элементов (частотная область)

Это высокопроизводительный 3D-полноволновый электромагнитный решатель в частотной области, основанный на проверенном методе конечных элементов. Инженеры могут рассчитать параметры SYZ и резонансную частоту, визуализировать электромагнитные поля и генерировать модели компонентов для оценки качества сигнала, потерь передачи энергии, несоответствия импеданса, паразитной связи и излучения. Типичные области применения – это антенны, сотовая связь, интегральные схемы, высокоскоростные цифровые и высокочастотные интерконнекты, волноводы, разъемы, фильтры, EMI / EMC и т.д.

 

Метод Finite Element Transient (Time Domain)

Метод Finite Element Transient (Time Domain) используется для моделирования поведения переходных электромагнитных полей и визуализации полей и системных ответов в типичных приложениях, таких как рефлектометрия во временной области (TDR), удары молнии, импульсный радар (GPR), электростатический разряд (ESD) и электромагнитные помехи (EMI). Переходный решатель дополняет решение HFSS в частотной области и позволяет инженерам понять характеристики ЭМ в одной и той же сетке как во временной, так и в частотной областях.

 

Интегральные уравнения

Решатель интегральных уравнений (IE) использует трехмерный метод моментов (MoM) для эффективного решения задач открытого излучения и рассеяния электромагнитных волн. Он идеально подходит для исследований излучения, таких как конструкции антенн, а также для исследований рассеяния, таких как радарное сечение (RCS). Решатель может использовать многоуровневые быстрые мультипольные методы (MLFMM) или адаптивную кросс-аппроксимацию (ACA) для уменьшения требований к памяти и времени решения, что позволяет применять этот инструмент к очень большим проблемам.

 

ANSYS HFSS SBR+

SBR + является единственным коммерческим электромагнитным решателем, позволяющим использовать технологию съемки и восстановления лучей (SBR) с одновременной и последовательной реализацией физической теории дифракции (PTD), единой теории дифракции (UTD) и теории ползучей волны для моделирования характеристик установленной антенны на электрически больших платформах сотен или тысяч длин волн.

SBR использует метод трассировки лучей для моделирования индуцированных поверхностных токов на антенной платформе или геометрии рассеяния, состоящей из проводников и диэлектриков. С помощью решения SBR + инженеры могут получать быстрое и точное решение и диаграммы направленности антенн вдалеке от нее, распределения напряженности электромагнитного поля вблизи антенны и антенно-антенной связи (S-параметры) на электрических, больших и огромных платформах. HFSS SBR + также обеспечивает эффективное имитационное моделирование сигнатур радиолокации, включая изображения ISAR с электрически большими объектами.

 

Физическая теория диффракции

Физическая теория дифракции используется для коррекции токов вдоль острых краев антенн для уточнения дифракции электромагнитного поля.

 

Однородная теория дифракции (Uniform Theory of Diffraction)

Инженеры используют однородную теорию дифракции для моделирования явлений затенения элементами конструкций антенн и антенных решеток, что в свою очередь сказывается на конечной конфигурации электромагнитного поля в окрестности исследуемого объекта.

 

"Ползучая" волновая физика

Используется при решении задач с антеннами, которые установлены на изогнутых структурах. Учитываются эффекты поверхностных волн, которые находятся за горизонтом источника электромагнитного поля.

 

 

Автоматическая адаптация сетки

Автоматическая адаптивная сетка - это очень надежная технология создания рабочих сеток. Пользователю необходимо только импортировать или отрисовать геометрию, а также указать материалы, граничные условия, возбуждения и интересующую полосу частот, а HFSS позаботится обо всем остальном. Не нужно быть экспертом в области сеточного моделирования, поэтому можно сосредоточиться на задаче. Кроме того, автоматизация позволяет быстро и эффективно исследовать несколько вариантов задачи. Это уменьшает количество прототипов, требуемых в процессе проектирования, или даже исключает их. В отличие от большинства других инструментов электромагнитного анализа, автоматизация и надежность результатов делают современные методы численного анализа практичными для всех уровней компании.

 

Оптимизация пользовательской среды

Полнофункциональный 3D-моделер и интерфейс позволяют работать в единой среде или импортировать и редактировать 3D-геометрию в САПР.

HFSS 3D Modeler: 3D-интерфейс позволяет моделировать сложную трехмерную геометрию или импортировать геометрию из CAD для моделирования высокочастотных компонентов, таких как антенны, радиочастотные / микроволновые компоненты и биомедицинские устройства. Пользователь может извлекать параметры матрицы рассеяния (параметры S, Y, Z), визуализировать 3D электромагнитные поля (ближнее и дальнее поле) и генерировать модели SPICE ANSYS Full-Wave SPICE, которые ссылаются на моделирование схем.

HFSS 3D Layout: HFSS 3D Layout - это оптимизированный интерфейс для многоуровневой геометрии печатных плат, пакетов IC и электронных компонентов. Он подходит для анализа целостности сигнала печатных плат и пакетов, включая полноволновые или радиационные эффекты. Области применения варьируются от высокоскоростных последовательных соединений со сложными участками прорыва и слабосвязанных линий передачи, для установки антенн и миллиметровых цепей. Инженеры могут рисовать или импортировать геометрию для анализа электромагнитного поведения, отображать излучаемые поля, исследовать импедансы и константы распространения, исследовать S-параметры или вычислять вносимые и возвратные потери.

 

3D-компоненты

Компоненты ANSYS 3D представляют собой дискретные подкомпоненты более крупного моделирования, которые могут быть легко использованы для электромагнитного моделирования в ANSYS HFSS. 3D-компоненты могут содержать геометрию, свойства материала, граничные условия, настройки сетки, возбуждения и дискретные параметрические элементы управления. Они удобны для повторного использования для таких устройств, как антенны, разъемы и устройства для поверхностного монтажа, чип-конденсаторы, индукторы и дискретные фильтры LTCC. Чтобы обеспечить взаимодействие в масштабах отрасли, ANSYS 3D Components может быть защищен паролем, шифрования файлов и настроек создания, чтобы незаметно контролировать, какие функции видны конечному пользователю компонента.

 

Моделирование расширенной фазированной антенной решетки

В ANSYS HFSS инженеры могут моделировать бесконечные и конечные антенны с фазированной решеткой со всеми электромагнитными эффектами, включая взаимное сцепление, определение параметров решетки, краевые эффекты, фиктивные элементы, гашение элементов и многое другое, посредством расширенного моделирования элементарных ячеек. Конструкция матрицы-кандидата может исследовать входные импедансы всех элементов при любом состоянии сканирующего луча. Антенны с фазированной решеткой могут быть оптимизированы по производительности на уровне элемента, подмассива или полного массива на основе поведения элемента (пассивного или управляемого) поведения полей дальнего и ближнего поля по любому интересующему условию сканирования.

 

Выскокопроизводительные вычисления

Electronic HPC

ANSYS Electronics HPC обеспечивает параллельную обработку для решения самых сложных моделей - моделей с большими геометрическими деталями, большими системами и сложной физикой. ANSYS Electronics HPC выходит далеко за рамки простого аппаратного ускорения, чтобы доставлять новаторские численные решатели и методологии HPC, оптимизированные для многоядерных машин, с масштабируемостью для использования полной вычислительной мощности кластера (сервера). Требуемое количество лицензий HPC основано на общем количестве ядер, используемых в задаче, независимо от того, какая технология HPC используется.

 

Multithreading: ANSYS Electronics HPC использует несколько ядер на одном компьютере, чтобы сократить время решения. Технология многопоточности ускоряет начальное формирование сетки, решает матрицы и восстанавливает поле.

Spectral Decomposition Method: Метод спектрального разложения (SDM) ускоряет решение путем распределения нескольких частотных точек параллельно над вычислительными ядрами и узлами. Вы можете использовать этот метод в тандеме с многопоточным процессом, чтобы ускорить извлечение отдельных частотных точек, в то время как SDM распараллеливает извлечение многочастотных точек.

Domain Decomposition Method: Метод декомпозиции домена (DDM) ускоряет решение для более крупных и сложных геометрий, распределяя решение на нескольких ядрах и сетевых узлах. Этот метод в первую очередь предназначен для решения задач большего размера с использованием режима распределенной памяти. Он также может быть объединен с многопоточным и SDM, чтобы обеспечить лучшую масштабируемость и пропускную способность.

Periodic Domain Decomposition: Периодическая декомпозиция домена применяется к конечным периодическим структурам, таким как антенные решетки или частотно-селективные поверхности. Этот метод фактически дублирует геометрию и сетку элементарной ячейки периодической структуры, а затем применяет алгоритм DDM к результирующему массиву конечных размеров для получения для всех элементов.

Hybrid Domain Decomposition Method: Гибридный метод использует метод декомпозиции домена для моделей, состоящих из конечных элементов (FE) и доменов интегрального уравнения (IE). Надстройка HFSS IE solver позволяет создавать модели HFSS, которые могут решать чрезвычайно большие задачи. Эта методология сочетает в себе достоинства метода FEM обрабатывать сложные геометрии и эффективные решения MoM для анализа поперечного сечения антенны или радара. Гибридный DDM можно комбинировать с многопоточным и SDM, чтобы обеспечить дальнейшее ускорение решения.

Distributed Direct Matrix Solver: Распределенный прямой матричный решатель представляет собой параллельную технологию с распределенной памятью для решателей HFSS и HFSS-IE. Матричное решение распределено между несколькими ядрами или, интегрированными с MPI, компьютерами. Это приводит к решениям с улучшенной масштабируемостью благодаря увеличенному доступу к памяти MPI и повышенной скорости благодаря расширенному сетевому доступу через MPI для высокоточных решений прямой матричной решетки. Эти решатели матрицы распределенной памяти могут быть объединены с многопоточным и SDM для дальнейшего увеличения пропускной способности.

 

RF Option

Опция ANSYS RF в сочетании с HFSS создает сквозной высокопроизводительный поток RF-моделирования. Он включает в себя ANSYS EMIT, уникальный многорежимный подход для прогнозирования производительности радиочастотной системы в сложных радиочастотных средах с несколькими источниками помех и предоставляет диагностические инструменты, необходимые для быстрого выявления проблем с RFI.

Возможности RF Option:

EMIT

RF link budget analysis
Built-in wireless propagation models
RF co-site and antenna coexistence analysis
Automated diagnostics for rapid root-cause analysis
Quick assessment and comparison of potential mitigation measures
RF radio and component libraries
Multi-fidelity behavioral radio models
Antenna-to-antenna coupling models

Circuit Analyses

Linear
Transient
DC analysis with multiple continuation options
Multitone harmonic balance analysis

 

Shooting Method

Oscillator analysis

Autonomous Plus Driven Sources Option

Time varying noise and phase noise analyses
Envelope analyses

Multicarrier Modulation Support

Load pull analysis and model support
Periodic transfer function analysis
Transient analysis

 

SI Option

HFSS в сочетании с опцией ANSYS SI идеально подходит для анализа целостности сигнала, целостности питания и проблем с электромагнитными помехами, вызванных сокращением временных и шумовых полей в печатных платах, электронных пакетах, разъемах и других сложных электронных интерконнектах.

Опция ANSYS SI добавляет анализ переходных схем в HFSS. Это позволяет инженерам создавать высокоскоростные схемы каналов, которые включают в себя схему управления, а также канал. Управляющая схема может быть транзисторной, основанным на IBIS или идеальными источниками. При анализе этих каналов вы можете выбрать один из следующих типов анализа:

- Linear network analysis (included with HFSS)
- Transient analysis
- QuickEye and VerifEye analyses for fast eye generation in high-speed channel design, bathtub curves, jitter and eye masks
- Monte Carlo analysis supporting Spectre® and HSPICE® functionality
- DC analysis with automated convergence
- Dynamic links with ANSYS Q3D Extractor and ANSYS SIwave
- IBIS-AMI analysis and model support

 

Системное моделирование

ANSYS Simplorer - мощная платформа для моделирования цифровых прототипов на системном уровне, интегрированных с ANSYS Maxwell, ANSYS HFSS, ANSYS SIwave и ANSYS Q3D Extractor. Инженеры могут проверять и оптимизировать работу своих программно управляемых систем. Благодаря гибким возможностям моделирования и тесной интеграции с ANSYS 3D Simplorer, это обеспечивает широкую поддержку для сборки и моделирования физических моделей на уровне системы. ANSYS Simplorer идеально подходит для проектирования электрических систем, выработки энергии, преобразования, хранения и распределения энергии, EMI / EMC и оптимизации и верификации общей многодоменной системы.

 

 

---

Сопровождение пользователей Вашу поддержку как пользователя в ежедневной работе обеспечивает профессиональная команда инженеров-специалистов КАДФЕМ, обладающих обширным опытом в сфере численного моделирования и комплексными экспертными знаниями в различных разделах физики. Подробнее	Консалтинговые услуги Как поставщик инженерных услуг мы проводим для клиентов расчетные работы на заказ. Вместе с выпуском соответствующей отчетной документации мы также передаем готовые расчетные модели и, если необходимо, готовим методику решения задачи, разрабатываемой на базе используемого программного обеспечения. Подробнее	Лицензирование ANSYS Как авторизованный дистрибьютор и центр компетенции ANSYS на территории Украины, мы оказываем весь спектр услуг по лицензированию и техническому сопровождению программных продуктов ANSYS. Подробнее