ANSYS HFSS

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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）

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

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

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。

Optimetrics（选项模块）

●　参数扫描、优化、敏感度分析、统计分析

●　ANSYS DesignXporer 链接

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。

求解案例