隨著工業(yè)對電子產品的應用越來越廣泛，電氣工程師在設計這些智能產品時必須考慮廣泛的因素—從它們的運行環(huán)境到對其他電子產品的干擾，再到消費和商業(yè)設備的高度原創(chuàng)性使用。

為確保操作達到甚至超出預期，Chemring Technology Solutions的工程師經常面臨理解、診斷和預測電磁波在天線、印刷電路板（PCB）跡線、封裝和系統(tǒng)其他部分之間傳播時的行為的挑戰(zhàn)。Chemring利用 ANSYS HFSS來模擬組件和系統(tǒng)的電磁行為，與構建和測試方法相比，可以評估更多的設計備選方案。最終結果是，與使用傳統(tǒng)程序相比，該團隊能夠在更短的時間內開發(fā)出更具創(chuàng)新性、更穩(wěn)健的設計。

助聽器控制器

在Chemring Technology Solutions，400名工程師運用他們的技術知識解決雷達和無線技術、電子和移動通信以及軟件工程等不同市場的難題，從金融和運輸?shù)诫娦藕桶踩hemring 工程師最近協(xié)助設計了 Starkey Hearing Technologies 的 SurfLink Mobile 無線助聽器控制器。該控制器支持藍牙設備（例如智能手機）和無線助聽器之間的雙向立體聲音頻流。最大的挑戰(zhàn)是為設備的藍牙和900MHz無線電實現(xiàn)50%的輻射效率目標，結果是設備產生的無線電信號功率至少有一半傳輸?shù)綗o線電波中。工程師使用3D打印機、FR4電路板材料和銅帶構建了一個粗略的物理原型；他們還使用 ANSYS HFSS對設計進行了仿真。粗略的原型測量和模擬符合良好，并預測在900 MHz時輻射效率為80%。但是，當工程師們使用實際組件建造一個真正的原型時，測量結果顯示效率不到25%。

圖1. 使用ANSYS HFSS模擬ITO涂層覆蓋全屏控制器（頂部）預測效率為24%到29%。

HFSS模擬去除8.5mm的控制器（底部）預測效率為66%到70%

較低的輻射效率很快被追蹤到觸摸屏傳感器，它吸收了大約4.5dB。工程師們注意到觸摸屏上的氧化銦錫（ITO）涂層物理延伸到屏幕的頂部和底部邊緣，而不僅僅是在活動表面上———這是HFSS 模型中假設的一個參數(shù)。工程師對仿真模型進行了這一更改，結果顯示效率下降了25%（匹配上了實驗值并驗證了HFSS對這類模擬的準確性）。工程師與觸摸屏制造商協(xié)商部分去除涂層，以確保可靠運行和產品完整性。原型和更新的仿真模型顯示效率在66%到70%之間。SurfLink Mobile 無線助聽器控制器于2012年秋季上市，并贏得了無數(shù)獎項，包括消費電子展（CES）2013 年創(chuàng)新設計與工程獎。

身體網(wǎng)絡

Chemring Technology Solutions 的Gekko表面波技術是一種替代無線解決方案，可實現(xiàn)設備之間通過表面進行通信。信號不會通過導線傳播，相反，它會在織物表面無線移動，織物表面包含了一種涂有介電涂層的導電材料，可以產生傳遞無線數(shù)據(jù)的表面波。表面波技術結合了有線系統(tǒng)的可靠性、安全性和性能，以及無線系統(tǒng)的靈活性。Gekko 克服了傳統(tǒng)身體網(wǎng)絡解決方案的主要問題之一∶如果不使用中繼器或不依賴反射，信號就無法從身體前部傳播到后部或四肢周圍。 電磁表面波跟隨傳播表面并為安全和穩(wěn)健的通信提供通道。

構建有效的解決方案需要對表面波傳播有深入的了解。特別是圍繞彎曲表面的傳播還不是很清楚。HFSS被用于模擬表面波在曲面上的傳播，并了解如何改變表面阻抗和波長來控制來自特定彎曲的輻射。例如，該團隊通過創(chuàng)建一個直徑為 260毫米的半圓柱體 HFSS 模型來接近一個女性成年人的軀干，來評估周圍軀干的傳播。波端口放置在圓柱體的相對兩側，用作發(fā)射和接收傳感器。

仿真結果表明，表面波以 23 GHz 和 60 GHz 的頻率在圓柱體周圍傳播，而傳統(tǒng)的無線電信號在不使用中繼器的情況下無法在身體周圍傳播。這些模擬用于構建受控環(huán)境以在花費構建原型之前測試設計參數(shù)的效果并優(yōu)化設計參數(shù)。結果還提供了一種非常直觀的方式來告知人們表面波的工作原理，這比原型演示更有效。

77GHz雷達

Chemring 工程師在設計77 GHz頻率的雷達系統(tǒng)時，在整個系統(tǒng)（包括 PCB、IC和天線）的設計過程中都使用了HFSS。 在處理較低頻率時，工程師通常使用制造商的數(shù)據(jù)表來提供重要的設計信息，例如介電常數(shù)和損耗角正切。 但是數(shù)據(jù)表測量通常在低得多的頻率下進行，因此它們在77 GHz 下并不準確。為了證實這一點，Chemring 工程師構建了一個簡單的設備原型并使用HFSS 對其進行模擬。 正如預期的那樣，模擬結果與原型測量結果不符，因為材料特性在 77 GHz 下無效。

因此工程師調整介電常數(shù)和損耗角正切，直到測量結果在峰值處覆蓋了模擬結果。 他們必須考慮到制造出來的走線與完美的設計幾何形狀不同，在這些頻率下，這些差異會產生影響。工程師使用 HFSS 來改變走線的輪廓; 這種形狀改進了模擬和測量之間的相關性。 接下來，他們更改了HFSS 中的通用鏈鍵合線模型，以匹配實際鍵合線的幾，何形狀。同樣.他們也看到了相關性的改善。此時，HFSS模型與原型機的性能非常匹配。

圖2. 軌道整形對高頻性能產生顯著的影響

圖3. 模擬圓柱體上復雜的電磁場，表明幅度裸露去干的順勢要高的多

（a）覆蓋著表面波服裝的軀干

（b）裸露的皮膚軀干

Chemring 工程師使用 HFSS模型來評估替代設計方法并優(yōu)化設計參數(shù)，例如天線尺寸跡線幾何形狀。 然后，他們使用該模型來分析蝕刻過度和蝕刻不足的影響，以確定制造公差有哪些以確保最終產品的性能。其結果是大大提高了成品的性能，并減少了使產品進入市場所需的時間。

在 Chemring Technology Solutions，ANSYS HFSS在大多數(shù)涉及無線通信、雷達和高頻網(wǎng)絡的項目中扮演著關鍵角色，其中電磁場至關重要。HFSS會自動生成合適、高效且準確的網(wǎng)格來解決問題。 最終結果是，在設計過程的早期階段，Chemring 工程師可以評估他們想要的盡可能多的替代方案。確定設計方向后，Chemring 工程師將評估設計空間以優(yōu)化關鍵設計參數(shù)。 最后，他們通常會評估設計對制造變化的敏感性，這樣可以節(jié)省制造成本并在第一時間就獲得正確的設計。

HFSS預測用于雷達系統(tǒng)的具有不同焊線的相同電路

參數(shù)模擬顯示了蝕刻過度和蝕刻不足的影響，這有助于確定有多少制造變化可以被容忍。

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