Ansys HFSS

Ansys HFSS использует высокоточный метод конечных элементов (FEM), метод крупномасштабных моментов (MoM) и сверхмасштабный асимптотический метод отражения лучей (SBR) с усовершенствованной физикой дифракции и бегущей волны для улучшения точности (SBR +). В пакете моделирования ANSYS HFSS есть следующие решатели для решения разнообразных электромагнитных проблем, связанных с электрическими небольшими и огромными структурами:

HFSS содержит несколько механизмов моделирования в одном пакете, каждый из которых предназначен для конкретного приложения или результатов моделирования.

Гибридные технологии HFSS

Гибридная технология FEM-IE основана на HFSS FEM, IE MoM и запатентованном методе декомпозиции доменов Ansys (DDM) для решения электрически больших и сложных систем. Применяя соответствующую технологию решателя, локальные области с высокой геометрической детализацией и сложными материалами обрабатываются с помощью метода конечных-элементов HFSS, в то время как области больших объектов или установленных платформ обрабатываются с помощью 3D MoM HFSS-IE. Решение предоставляется в виде единой установки через единую масштабируемую и полностью связанную системную матрицу.

Это высокопроизводительный трехмерный двухполупериодный 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 на пути передачи, рассогласования влияния, паразитной связи и излучения в дальней зоне. Типичные применения включают антенны/мобильную связь, интегральные схемы, высокоскоростные цифровые и радиочастотные межсоединения, волноводы, разъемы, фильтры, электромагнитные помехи/электромагнитные помехи и т. д.

Решающая программа с конечными элементами во временной области используется для моделирования поведения переходного электромагнитного поля и визуализации полей и откликов системы в типичных приложениях, таких как рефлектометрия во временной области (TDR), удары молний, ​​импульсный георадар (GPR), электростатический разряд (ESD) и электромагнитные помехи (EMI). Он использует тот же подход к построению сетки конечных элементов, что и решатель частотной области, без необходимости переключать технологии создания сетки для переключения областей моделирования. Решатель переходных процессов дополняет решатель HFSS в частотной области и позволяет инженерам понять электромагнитные характеристики одной и той же сетки как во временной, так и в частотной областях.

Решатель интегральных уравнений (IE) использует технику трехмерного метода моментов (MoM) для эффективного решения открытых задач излучения и рассеяния. Он идеально подходит для исследований излучения, таких как конструкция антенны или размещение антенны, а также для исследований рассеяния, таких как поперечное сечение радара (RCS). Решатель может использовать либо многоуровневые быстрые многополюсные методы (MLFMM), либо адаптивную кросс-аппроксимацию (ACA) для уменьшения требований к памяти и времени решения, что позволяет применять этот инструмент к очень большим задачам.

Быстрый режим HFSS

Для ранней части цикла проектирования продукта, когда быстрые результаты моделирования могут дать неоценимую информацию о тенденциях проектирования, HFSS включает режим быстрого моделирования. Быстрый режим настраивает решатель и адаптивную сетку так, чтобы результаты возвращались как можно быстрее, без значительного снижения точности решения. Затем, когда разработка близится к завершению, простая установка ползунка устанавливает решающую программу HFSS для возврата точности подтверждения на уровне подтверждения с использованием проверенных отраслевыми стандартами точности HFSS.

SBR + - единственный коммерческий электромагнитный решатель, который расширяет возможности технологии съемки и отражения лучей (SBR) с одновременной и последовательной реализацией физической теории дифракции (PTD), унифицированной теории дифракции (UTD) и ползучей волны для моделирования характеристик установленной антенны. на электрически больших платформах размером в сотни или тысячи 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 решателя SBR + инженеры могут получить быстрое и точное предсказание диаграмм направленности антенн в дальней зоне, распределений ближнего поля и связи антенны (S-параметры) на электрически средних, больших и огромных платформах. Передачи и отражения могут быть смоделированы в больших конструкциях, таких как автомобили, самолеты, обтекатели и т. Д. HFSS SBR + также обеспечивает эффективное моделирование радиолокационной сигнатуры, включая ISAR-изображения электрически больших целей.

Физическая теория дифракции

Функция коррекции клина по физической теории дифракции (PTD) используется для коррекции PO-токов вдоль острых краев установленных антенных платформ для уточнения дифракции электромагнитного поля.

Uniform Theory of Diffraction

Инженеры могут моделировать краевые дифракционные лучи Uniform Theory of Diffraction (UTD), создаваемые освещенными геометрическими краями и идентифицируемые клиньями PTD. Это важно для случаев, когда значительные части рассеивающей геометрии в противном случае затенены от прямого или многоотражательного освещения.

Ansys HFSS SBR + - единственный коммерческий решатель асимптотического поля, предлагающий физику бегущей волны как для радиолокационной сигнатуры, так и для моделирования установленной антенны.

Ползучие волны являются важным компонентом радиолокационного рассеяния от объектов с кривизной. Когда сигнал радара попадает на округленную цель, токи, наведенные на объект, достигают спины и создают задержанные эхо-сигналы. При моделировании электрически больших целей подходы с отслеживанием лучей, такие как HFSS SBR +, должны использоваться для моделирования радиолокационной сигнатуры, но традиционные подходы с трассировкой лучей не имеют возможности моделировать токи задней стороны или их влияние на рассеяние цели. Физика бегущих волн - это новаторское дополнение к HFSS SBR +, позволяющее уловить эту важную характеристику радиолокационного рассеяния. Он обеспечивает беспрецедентную точность для моделирования радиолокационных сигнатур больших целей.

Ползучие волны также используются для моделирования характеристик установленной антенны при интеграции в изогнутые поверхности фюзеляжей самолетов, ракет и корпусов ракет, кузовов автомобилей и верхних строений кораблей. Они используются для моделирования излучения в затененных областях для моделирования стрельбы и отраженных лучей (SBR). SBR является точным для моделирования излучения в областях, непосредственно освещенных антенной или косвенно посредством множественных отражений. Однако для областей заднего лепестка или глубоких боковых лепестков, скрытых от поля зрения изогнутой основной платформой, важно использовать физику ползучих волн для распространения индуцированных землей токов за пределы прямой видимости по этим плавно изогнутым поверхностям. Анализ способствует более точной характеристике обратного излучения. Повышенная точность моделирования связи антенны с антенной - еще одно преимущество этой возможности

HFSS и HFSS SBR +, предоставляют вам мощные возможности для моделирования поперечного сечения радара (RCS) и отклика радара во временной области для крупных целей, таких как самолеты, автомобили и корабли. Сигнатуры радара, включающие профили диапазона во временной области, графики радара с обратной синтезированной апертурой (ISAR) и диаграммы водопада / синографа, дают представление о конструкции и скрытности радара. Наборы инструментов RadarPre и RadarPost упрощают и ускоряют процесс настройки этих сложных радиолокационных симуляций и обеспечивают оптимизированную постобработку для получения результатов анализа с богатой графикой. Наборы инструментов RadarPre и RadarPost ACT поставляются со стандартной установкой Ansys Electronics Desktop.

Ускоренная доплеровская обработка (ADP) ускоряет моделирование длинных, средних и ближних импульсных доплеровских радаров и радаров с частотной модуляцией непрерывной волны (FMCW), используемых в ADAS, автономных транспортных средствах и других радарах ближнего поля систем более чем в 100 раз. ADP включает в себя интегрированную постобработку карты изображения Доплера по дальности и анимацию в Ansys Electronics Desktop. В дополнение к ADP, усиление и связь антенны с самосвязью упрощают весь процесс проектирования радара, поэтому результаты моделирования радиолокационного датчика можно беспрепятственно использовать при моделировании установленных характеристик и в симуляциях с доплеровским диапазоном радиолокационной среды. Рабочий процесс упрощает сотрудничество между разработчиками радарных датчиков и производителями комплектного оборудования, которые используют датчики на транспортных средствах и в моделировании радаров в больших условиях.

DDM распределяет решения поддоменов ячеистой сети между несколькими вычислительными ядрами, включая сетевые. Решая эти поддомены параллельно, вы можете добиться значительного увеличения производительности и скорости моделирования.

Электроника HPC

ANSYS Electronics HPC обеспечивает параллельную обработку для решения самых сложных и сложных моделей - моделей с большой геометрической детализацией, большими системами и сложной физикой. ANSYS выходит далеко за рамки простого аппаратного ускорения и предоставляет революционные численные решатели и методологии HPC, оптимизированные для многоядерных машин, с масштабируемостью, позволяющей использовать все преимущества вычислительной мощности кластера. Требуемый объем высокопроизводительных вычислений основан просто на общем количестве ядер, используемых в анализе, независимо от того, какая технология высокопроизводительных вычислений используется.

Многопоточность:

ANSYS Electronics HPC использует преимущества нескольких ядер на одном компьютере, чтобы сократить время решения. Технология многопоточности ускоряет начальное создание сетки, решение матриц и восстановление полей.

Метод спектральной декомпозиции:

Метод спектральной декомпозиции (SDM) ускоряет частотную развертку за счет параллельного распределения нескольких частотных точек по вычислительным ядрам и узлам. Вы можете использовать этот метод в тандеме с многопоточностью, чтобы ускорить извлечение отдельных частотных точек, в то время как SDM распараллеливает извлечение многочастотных точек.

Метод декомпозиции доменов:

Метод декомпозиции доменов (DDM) ускоряет решение для более крупных и сложных геометрических фигур, распределяя моделирование по нескольким ядрам и сетевым узлам. Этот метод в первую очередь предназначен для решения больших проблем с использованием распределенной памяти. Его также можно комбинировать с многопоточностью и SDM для улучшения масштабируемости и пропускной способности моделирования.

Периодическая декомпозиция области:

Периодическая декомпозиция области применяет DDM к конечным периодическим структурам, таким как антенные решетки или частотно-избирательные поверхности. Этот метод практически дублирует геометрию и сетку элементарной ячейки периодической структуры, а затем применяет алгоритм DDM к результирующему массиву конечного размера для поиска уникальных полей для всех элементов. Мощность и скорость моделирования существенно увеличены. Этот метод можно комбинировать с многопоточностью и SDM для дальнейшего ускорения решения.

Метод разложения гибридной области:

Гибридный DDM использует метод декомпозиции области для моделей, состоящих из областей конечных элементов (FE) и интегральных уравнений (IE). Надстройка решателя HFSS IE позволяет создавать модели HFSS, которые могут решать чрезвычайно большие электромагнитные проблемы. Эта методология сочетает в себе достоинства способности FEM работать со сложной геометрией плюс эффективные решения MoM для анализа поперечного сечения антенн и радаров. Гибридный DDM можно комбинировать с многопоточностью и SDM для дальнейшего ускорения решения.

Распределенный прямой матричный решатель:

Распределенный прямой матричный решатель - это параллельный метод с распределенной памятью для решателей HFSS и HFSS-IE. Матричное решение распределено по нескольким ядрам или компьютерам, интегрированным в MPI. Это приводит к решениям с улучшенной масштабируемостью за счет расширенного доступа к памяти MPI и повышенной скоростью за счет расширенного сетевого доступа к ядру MPI для высокоточных решений прямого матричного решения. Эти решатели матрицы распределенной памяти можно комбинировать с многопоточностью и SDM для дальнейшего увеличения пропускной способности моделирования.

Матричный решатель с распределенной памятью:

Матричный решатель с распределенной памятью (DMM) - это метод параллельной распределенной памяти для HFSS, включая метод конечных элементов (FEM) и интегральные уравнения (IE). Матричное решение распределено по нескольким ядрам вычислительных узлов, интегрированных в MPI. Это приводит к уменьшению объема памяти, занимаемой каждым узлом, и улучшает масштабируемость и скорость за счет расширенного доступа к памяти MPI и сети. Решатель DMM интегрирован в технологию Auto-HPC и может ортогонально сочетаться с методом спектрального разложения (SDM) для дальнейшего увеличения производительности моделирования.

Высокопроизводительные вычисления в облаке:

Облачный сервис Ansys делает высокопроизводительные вычисления (HPC) чрезвычайно легкими для доступа и использования. Он был разработан в сотрудничестве с Microsoft Azure, ведущей облачной платформой для высокопроизводительных вычислений. Он интегрирован в Electronics Desktop, поэтому вы можете получить доступ к неограниченной вычислительной мощности по требованию из среды проектирования.

В среде рабочего стола Ansys Electronics Desktop находятся приложения ANSYS, являющиеся золотым стандартом для моделирования электромагнетизма. Тесная интеграция между симуляторами обеспечивает беспрецедентную простоту использования для настройки и решения сложных симуляций для проектирования и оптимизации. Это собственный рабочий стол для HFSS, Maxwell, Q3D Extractor, Twin Builder и других симуляторов. 

Оптимизированная пользовательская среда

Полнофункциональный 3D-модельер и интерфейс компоновки позволяют работать в процессе проектирования компоновки или импортировать и редактировать 3D-геометрию САПР.

HFSS 3D Modeler:

Трехмерный интерфейс позволяет моделировать сложную трехмерную геометрию или импортировать геометрию САПР для моделирования высокочастотных компонентов, таких как антенны, радиочастотные / микроволновые компоненты и биомедицинские устройства. Вы можете извлекать параметры матрицы рассеяния (параметры S, Y, Z), визуализировать трехмерные электромагнитные поля (ближнее и дальнее поле) и генерировать полноволновые SPICE-модели ANSYS, которые связаны с симуляциями схем.

HFSS 3D Layout:

HFSS 3D Layout - это оптимизированный интерфейс для многоуровневой геометрии печатных плат, корпусов ИС и пассивных компонентов на кристалле. Он подходит для анализа целостности сигналов печатных плат и корпусов, включая полноволновые или радиационные эффекты. Применения варьируются от высокоскоростных последовательных каналов со сложными областями разрыва и плохо привязанными линиями передачи до патч-антенн и схем миллиметрового диапазона. Инженеры могут рисовать или импортировать геометрию для анализа электромагнитного поведения, отображения излучаемых полей, исследования импедансов и констант распространения, исследования S-параметров или расчета вносимых и возвратных потерь.

Модель собирается и визуализируется в среде Layout; однако все эффекты строго смоделированы, в том числе трехмерные функции, такие как толщина дорожек и травление, соединительные проволоки и шарики припоя. Геометрия компоновки в основном описывается в 2.5D с помощью набора и специализированных примитивов, таких как переходные отверстия, штыри, дорожки и соединительные провода. Редактор является полностью параметрическим, поэтому ширину или толщину трасс можно легко изменять или параметризовать для развертки, оптимизации или планирования экспериментов (DOE). Решатель HFSS в 3D Layout включает множество функций, предназначенных специально для структур печатных плат и корпусов. Эти функции включают передовую технологию построения сетки, оптимизированную для многоуровневой геометрии и элементов интегральных схем, а также S-параметры для моделирования дискретных компонентов.

Для точного прогнозирования производительности системы критически важным может быть анализ электронного взаимодействия между компонентами и подсистемами в интегрированной среде. HFSS 3D Layout позволяет создавать сборку печатной платы, соединительные платы, ИС и отдельные компоненты. При таком подходе вы можете выбирать и размещать трехмерные модели разъемов на печатной плате без необходимости создания схемы. Инженеры-электрики долгое время использовали схематический ввод проектирования для соединения моделей печатных плат, корпусов ИС и компонентов. Это хорошо работает для относительно простых проектов, но становится утомительным и подверженным ошибкам для более крупных и сложных проектов. При компоновке сборки штифтовые соединения устанавливаются автоматически в зависимости от геометрии. После создания сборки HFSS 3D Layout может вызывать ряд решателей, подходящих для каждого компонента,

Из интерфейса HFSS 3D Layout вы можете получить доступ к расширяющемуся списку решателей, который включает HFSS, SIwave и Planar EM. Это позволяет выполнять итеративное проектирование с использованием быстрых решений SIwave и строгую проверку с использованием HFSS, и все это при одной и той же конструкции и геометрии.