重新認識HFSS | 突破性混合算法技術更新及應用
隨著5G、無人駕駛、物聯(lián)網、人工智能等新興技術以及航空、航天科技的飛速發(fā)展，越來越多的新技術、新產品在持續(xù)改變著我們的生活。
對于產品研發(fā)，仿真已經成為技術創(chuàng)新的重要推動力，仿真技術已經支持面向所有產品的全生命周期中的所有學科的持續(xù)仿真。在無處不通信的信息時代，電磁場仿真也已經成為各類電子產品研發(fā)中的重要環(huán)節(jié)。復雜的產品設計、多樣的應用場景使得電磁場仿真面臨諸多挑戰(zhàn)：
越來越復雜的材料和應用場景；
大量精細小尺寸結構與大尺寸結構并存的多尺度問題；
電大及超電大問題；
全物理域協(xié)同及一體化仿真；
面對復雜的電磁場仿真挑戰(zhàn)，作為電磁場仿真黃金標準的HFSS軟件一直在網格技術、核心算法以及并行計算等層面，為實現(xiàn)高精度、高效率以及低資源消耗的目標提供一流的解決方案。
HFSS持續(xù)的技術更新
11月19日下午4點，Ansys系列網絡研討會『電磁場仿真黃金工具HFSS的關鍵技術』將推出——HFSS突破性混合算法技術更新與應用介紹，將聚焦混合算法，帶您感受全新的HFSS及其酷炫的大尺度應用案例。歡迎報名！
網格技術、求解技術、核心算法是高精度、高效率電磁仿真的三大因素，HFSS持續(xù)在這三個領域進行技術突破，在求解過程的整個環(huán)節(jié)上進行優(yōu)化、改進和創(chuàng)新，為各類復雜問題提供高效的解決方案。下面來細數(shù)各環(huán)節(jié)的重要技術更新，以幫助大家能更好地理解軟件革新，融會貫通，進而提高仿真效率。
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網格技術
“所有的計算都是針對網格”，因此網格的質量、生成效率是電磁仿真的基礎，然而對于普通使用者更關心的是產品設計、材料定義、求解選擇、優(yōu)化并得到正確的結果。HFSS的自適應網格剖分正是基于這樣的理念，用戶無需去手動剖分和調整網格，軟件通過迭代在需要更密網格來精確模擬場分布的區(qū)域自動加密網格，最終為計算提供一個精確的、高效的網格。
a) 準確的網格-寬帶自適應網格技術
HFSS的自適應網格技術需要定義網格精度迭代的頻率點，對于天線等諧振結構和工作頻段清晰的模型，通過定義單個頻點即可得到準確的計算網格。然而對于某些多頻段諧振的結構，通過單一的頻率定義不能精確得到整個頻段的計算結果，此時可以利用HFSS的寬頻帶自適應網格技術同時在多個頻點進行自適應細化網格來得到準確的寬頻段計算網格。
寬帶自適應網格技術
b) 網格復用、裝配與多尺度問題的剖分
對于復雜問題的自適應網格生成往往非常耗時，例如在一個典型的多尺度問題中：高頻天線的細節(jié)結構尺寸為毫米級別，而平臺的尺寸為米級別，最大特征和最小特征之間的差別達到5個數(shù)量級，導致網格剖分困難甚至失敗。
HFSS利用3D Component實現(xiàn)模型裝配和組件獨立的網格剖分，解決了邊寬比過大以及模型多尺度網格剖分問題，同時每個組件自身自適應迭代后的網格可以復用，在陣列天線以及天線布局分析中能夠顯著提高計算效率。
HFSS 3D Component 網格裝配
HFSS 3D Component 網格復用與天線布局
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求解技術
求解技術指如何更快、更省資源的計算求解各類矩陣，HFSS支持直接求解（Direct Solver）、迭代求解（Iterative Solver）和區(qū)域分解法（Domain Decomposition）。直接求解通常適合中等規(guī)模矩陣問題以及包含大量右邊項（大量不同激勵）的問題，而對于大規(guī)模矩陣問題，迭代求解可以極大降低內存需求。對用戶來講，利用迭代求解即可實現(xiàn)在現(xiàn)有硬件資源下，更快的計算更大規(guī)模問題。
a) 新一代迭代矩陣求解器
HFSS自2020 R1版本起推出了全新一代的迭代求解器，其計算速度更快、穩(wěn)定性更高、內存資源消耗更小。因此對于大尺寸問題，計算效率將顯著提升，在下面的案例測試中，求解時間將加速2倍以上。
HFSS 2020 R1版本中新一代的迭代求解器加速2.2~4.6倍
b) 大規(guī)模問題計算利器-區(qū)域分解法
HFSS的區(qū)域分解法DDM支持利用多臺機器的分布式內存來求解更大規(guī)模的問題。DDM將模型網格分解為多個求解子域，每個子域在不同的單個或多個計算機上并行求解，最終獲得全域的計算結果。HFSS的DDM方法已經在包含有限大陣列、IE Region、混合算法等多個領域廣泛應用。HFSS突破性的將DDM與核心算法融合，實現(xiàn)更高效的計算。
HFSS 區(qū)域分解法DDM在有限陣列及混合算法中的應用
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核心算法
電磁場核心算法直接決定了軟件的計算能力和計算效率。目前HFSS已經包含了頻域、時域、高頻近似等多種核心算法。為了使用方便，HFSS每種算法均做到了統(tǒng)一的設置界面，最大限度的避免用戶的重復學習。
HFSS電磁場計算核心算法體系
產品的創(chuàng)新和技術的進步對于仿真提出了更高的要求，仿真必須滿足電路、電磁場、結構、熱等多物理協(xié)同一體化仿真，而Ansys 電子桌面AEDT正是針對電子產品的多物理場仿真開發(fā)的仿真平臺，在此平臺下HFSS與電路仿真Designer、熱仿真Icepak等可以實現(xiàn)更緊密、更易用的協(xié)同仿真。
a) HFSS突破性的有限大陣列仿真技術
HFSS在2020 R1版本中正式推出了基于3D Component的非規(guī)則有限大陣列計算方法CADDM。該方法解決了非規(guī)則周期性單元組陣的計算問題，采用突破性的非匹配網格技術，極大降低了計算時間和內存。
非匹配網格的陣列計算方法CADDM
b) 全修正的彈跳射線方法SBR+
彈跳射線方法SBR是一種通用且高效計算電大尺寸問題的高頻近似方法，SBR混合了幾何光學（GO）和物理光學（PO），SBR廣泛應用于載體天線布局、大場景下天線耦合如V2X以及目標特性RCS仿真中。HFSS的SBR算法的“+”指對射線的其他物理效應進行全精度修正：物理繞射PTD效應、幾何繞射UTD效應、爬行波Creeping Wave效應等進一步提高SBR的計算精度。
全精度修正的SBR+算法
c) 豐富的混合算法
面對復雜應用需求，單一算法往往無法高效、精確的計算。HFSS開發(fā)了多種混合算法，充分發(fā)揮各個核心算法以及求解技術的優(yōu)勢。HFSS的混合算法基于FE-BI（Finite Element – Boundary Integral）邊界技術，能夠將有限元FEM和積分方程法IE的優(yōu)勢有機整合起來，在處理開放場輻射/散射問題時獲得最佳的求解效率和魯棒性。HFSS混合算法設置非常簡單，如下圖所示，通過簡單的Region定義即可實現(xiàn)混合算法定義。
HFSS的混合算法包括：
FEM與IE混合
FEM與PO混合
FEM與SBR+混合
HFSS混合算法設置
4
更高效、更易用的HFSS及其多樣應用
HFSS持續(xù)在以上網格技術、求解技術、核心算法等層面上進行優(yōu)化和創(chuàng)新，通過技術的相互融合讓用戶有更高效、更易用的電磁場仿真體驗，并持續(xù)在場路協(xié)同、電-熱耦合、優(yōu)化技術上改進流程，充分滿足各個應用場景的仿真需求和產品創(chuàng)新。這些突破性的“混合”技術將為大型天線陣列、天線罩、天線布局、生物電磁、系統(tǒng)電磁兼容、電磁環(huán)境、V2X等應用提供高效的解決方案。歡迎體驗！
11月，Ansys推出『電磁場仿真黃金工具HFSS的關鍵技術』專題，該系列網絡研討會一共包括6場，更多關于智能終端/家居、陣列天線仿真、場路協(xié)同仿真、HFSS中的HPC技術、HFSS中的網格技術和突破性混合算法技術將在本專題中做詳細介紹，本場將向來賓詳細介紹HFSS突破性混合算法技術更新與應用介紹。
會議信息
11/19
HFSS突破性混合算法技術更新與應用介紹
時間：11月19日 （星期四），16:00-17:00
活動形式：網絡直播
費用：免費
簡介
電磁場仿真一直面臨著復雜材料、多尺度模型以及電大尺寸等問題的挑戰(zhàn)。HFSS包含有限元、積分方程、時域算法、高頻算法等技術體系。然而，針對復雜的應用場景和不斷提升的仿真需求，突破性的核心技術是混合求解算法。采用混合算法+HPC，HFSS可輕松應對復雜天線陣列、天線罩、載體天線布局、復雜電磁兼容以及大場景電磁環(huán)境等高挑戰(zhàn)技術難題。本次網絡研討會將聚焦混合算法，帶您感受全新的HFSS及其酷炫的大尺度應用案例。
講師介紹
王曉峰，高頻電磁場仿真主任應用工程師，工學碩士，畢業(yè)于電子科技大學電磁場與微波技術專業(yè)。先后在Sigrity公司，EMSS公司，Altair公司從事軟件開發(fā)和電磁場仿真應用支持等工作。在天線微波、目標特性及電磁兼容等領域擁有十多年的電磁仿真經驗，為眾多國內科研院所提供了仿真支持及咨詢工作，對電磁場仿真算法體系及相關軟件有系統(tǒng)性了解和研究。
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