Ansys高頻電磁應用領域及案例(上篇)

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高頻/高速器件設計
在通信、電子及數字領域,高頻設計需要特別關注和用專門的工具去正確的區分和處理各種電磁效應。這正是HFSS成為微波/射頻和高速器件設計的黃金標準的原因。對于三維高頻微波器件,例如波導、濾波器、耦合器、鐵氧體器件或者腔體,HFSS可以提取S參數、優化性能指標及考慮生產加工的容差設計。
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IC、封裝、PCB
RFIC和SoC設計中的電磁(EM)分析
對于5G,射頻前端電路、高性能基準振蕩器和相關互聯必須經過正確設計,才能確保在6GHz乃至毫米波頻可靠運行。片上混合信號組件受電磁效應影響,其設計應考慮各種高靈敏度混合信號電路模塊間的自耦合和交叉耦合。仔細檢查布局、寄生電感和電容、襯底建模和走線電阻是實現可靠性的關鍵。為了建模DC直至毫米波頻段的電磁效應,需要對布局進行特殊處理。Ansys可提供多種用于片上結構的高級電磁仿真技術。Ansys HFSS 是有限元方法(FEM)抽取器的行業標桿,有經驗的工程師將它用于技術探索和簽核驗證。

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PCB板級和組件級電磁建模
精確模擬整個PCB板和封裝,解決EMI問題
-S參數和寄生參數提取
-檢查PCB的EMI設計規則
-濾波元件的電路分析

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天線設計

天線饋電結構設計
對包含功分器、環形器、隔離器、濾波器等器件在內的饋電結構進行整體仿真設計
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仿真屏蔽腔對饋電結構的影響
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天線設計
振子天線:一般指直線形的單極或偶極天線,或者由單極、偶極振子組合成的復雜天線,如典型的八木宇田天線。
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喇叭天線:一般指直線形的單極或偶極天線,或者由單極、偶極振子組合成的復雜天線,如典型的八木宇田天線。

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反射面天線:早期常用的一種天線形式,如拋物面天線、卡氏雙反射面天線等。
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超寬帶天線:天線的電特性在一個較寬的頻段內保持不變或變化較小的天線,稱為寬頻帶天線,也稱超寬帶天線。常見如阿基米德螺旋天線、等角螺旋天線、正弦曲折臂天線、對數周期天線等。
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相控陣天線:相控陣天線由許多相同的輻射元組成,每個單元在相位和幅度上獨立可控。
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微帶陣列天線:微帶天線形式有多種,設計靈活、剖面低、成本不高。如微帶貼片、微帶振子、微帶縫隙等。
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縫隙陣列天線:常見如波導縫隙陣,電性能良好、輻射效率高,但設計較為復雜。
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多波束天線:能夠實現多波束的天線,主要有相控陣天線、多反射面天線、拋物面天線等。
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可穿戴設備天線(電小天線):可穿戴設備天線,一般指藍牙耳機天線、智能手表天線手機終端天線、北斗天線、GPS天線等,從電尺寸上來看,都屬于電小天線。

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時域天線一探地/雷達:時域天線,也叫脈沖天線,因其非時諧,以及需要在時域求解麥克斯韋方程來分析其傳播、輻射、散射等而得名。時域天線,一般都是寬帶天線或超寬帶天線,如蝶形天線、鉆石形天線、螺旋天線等。
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平臺上的天線安裝與布局
HFSS可以仿真面向機載、車載、星載、艦載等各種平臺的天線布局問題,得到復雜天線系統在考慮運載平臺影響下的天線性能和在平臺表面及內部/周圍空間產生的電流/電場分布。
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HFSS精確模擬機腹下的刀片天線,SBR+Solver導入HFSS的仿真結果作為天線模擬,計算全機環境下的天線輻射方向圖性能
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SBR+Solver與HFSS分別計算的天線安裝后方向圖對比,精度具有非常好的一致性,而SBR+Solver可大大節省求解時間,可大幅提高求解的頻段
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天線罩設計
天線罩是用來保護天線的一種介質外殼,使天線避免在各種惡劣環境條件下可能造成的損壞。如雨、雪、云、霧等。主要由復合材料、玻璃鋼、樹脂纖維、蜂窩等組成。可以實現天線透波的同時,還可以進行隱身、抗干擾等設計。
介質天線罩
介質天線罩設計簡單、易加工、成本低,是當前天線罩的主流,一般采用實心半波壁的設計方法。
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頻選天線罩
介質天線罩的基礎上,增加一層或多層FSS頻率選擇表面,以實現隱身、抗干擾等特殊功能。因此,頻選天線罩設計周期長、加工困難、成本非常高。
-FSS單元設計與優化:FSS單元的選擇與設計,是FSS天線罩電性能的關鍵。
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-FSS天線罩建模:FSS天線罩的建模非常困難,主要是FSS平面的曲面建模問題。一般要借助第三方CAD工具,以及專用腳本來實現。
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-天線與天線罩的一體化仿真:一體化的仿真方法,可以充分驗證天線的透波性能駐波比、方向圖等,受天線罩的影響。
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-天線罩多物理場仿真:天線罩系統由于工作環境的復雜多樣,對于熱設計,結構可靠性,外流場等方面的耦合分析需求都愈加強烈。如圖為天線罩多物理場仿真的工作流程。
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天線系統的多物理場仿真
世界本就是多物理的,天線系統也不例外,饋電系統的部件,濾波器,連接器,天線等結構,實際應用中都需要考慮熱及結構可靠性方面的問題,這就需要用到多物理場協同仿真方法。如下圖為高功率腔體濾波器的電-熱-結構多物理場耦合仿真流程。
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19版本發布以來,專業的熱分析工具lcepak被集成到AEDT環境中,形成AEDT-Icepak電熱合仿真環境,實現共界面下的模型轉換和雙向的數據協同仿真流程,對電設計工程師的熱可靠性仿真提供了非常高效的解決方案。
同時,提供有專門的ACT工具,即Anys客戶化定制工具,輔助實現HFSS-Icepak的轉換和仿真流程,實現電熱雙向耦合仿真流程。

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深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年,是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。

十多年來,優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗,并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。同時,優飛迪科技也與國際和國內的主要頭部工業軟件廠商建立了戰略合作關系,能夠為客戶提供完整的產品開發平臺解決方案。

優飛迪科技技術團隊實力雄厚,主要成員均來自于國內外頂尖學府、并在相關領域有豐富的工作經驗,能為客戶提供“全心U+端到端服務”。

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