【ANSYS官方干貨】5G仿真·非規則陣列天線仿真新突破
ANSYS官方將特別推出一系列ANSYS網絡研討會，不僅包含ANSYS 2019 R3 新版本功能介紹，同時也包括最新的行業熱點解決方案，ANSYS將與各位深入探討行業熱點趨勢，諸如無人駕駛、PCB結構可靠性、天線設計、數字孿生等等。
在此系列網絡研討會結束后，ANSYS將官方抽取1名幸運者，TA將獲得華為最新發布的Mate 30 1臺！
本期研討會：《陣列仿真的新突破：非規則陣列仿真新方法》將于10月15日 20:00-21:00舉辦。
ANSYS官方高級工程師、5G專題『金牌講師』張旭主講！
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張旭老師在9月發布了5G仿真解決方案之相控陣仿真技術詳解 （可聯系微信客服：jishulink555 獲?。饕榻B了相控陣的仿真方法及各種方法的特點，其中就提到了有限大陣仿真方法 (Finite Array Domain Decomposition Method)。本文將介紹HFSS最新發布2019R3版本中新一代的有限大陣方法—基于3D 組件的有限大陣。
陣列天線的應用趨勢
陣列規模越來越大
5G通信中的關鍵技術之一Massive MIMO技術，就是通過增加基站天線集成的單元數目（64個、128個或者更多），從而實現增加信道容量。
軍事上應用廣泛的相控陣雷達，根據不同的應用場景，有的型號其單元數量可能會達到成千上萬個單元。
陣列構成越來越復雜
5G天線系統在朝著小型化和集成化的方向發展，這意味著越來越多的天線單元會集成到越來越小的體積內。比如基站天線，多個頻段輻射單元的集成，形成了高中低頻單元嵌套的陣面結構，使得陣面的構成越來越復雜。
另外，同頻單元也會由于各種原因導致結構略有差異，比如部分單元需要增加引向器，部分單元需要增加寄生隔離部件等等，而這些部件的增加都會使得陣列失去周期性。
在5G毫米波頻段的天線設計中，天線可能會以AIP/AoB的形式出現，這種類型的天線設計使得天線模組變得非常緊湊和小巧，但是帶來的問題是天線陣列饋電網絡的布線變得非常復雜，并且由于空間受限，網絡間的互耦必須提前考慮。這種情況下在天線設計階段就需要考慮部分的饋電網絡，盡可能的通過電磁場仿真手段優化和減少互耦帶來的影響。饋電網絡由于走線的考慮，使得不同位置的單元饋電網絡會略有不同，這也使得天線陣列失去了嚴格的周期性。
陣列天線仿真的困境
陣列構成復雜且規模巨大，建模和網格剖分困難
規模龐大陣列建模，會導致建模過程復雜，軟件渲染困難，影響仿真效率。仿真結果的精度直接由網格質量決定，如果需要得到高精度的仿真結果，勢必需要對模型進行精確的網格剖分和細化加密，而規模巨大的陣列天線模型將會導致網格剖分十分困難，并且十分耗時。
海量計算導致解困難
當完成了網格剖分后，由于具有海量的網格數量，會導致同樣海量的未知量，使得求解過程也變得異常緩慢，需要耗費巨大的計算資源。
目前的解決方法
HFSS中陣列天線的仿真方法，以上筆者也提到已在《5G仿真解決方案|相控陣仿真技術詳解》一文中有過詳細的探討，此處不再贅述。
從之前的討論中我們不難發現，對于完全周期性的陣列天線，HFSS的有限大陣（FADDM）能夠高效精確的處理和求解。一旦陣列不能嚴格滿足周期特性，有限大陣方法便無能為力了。
然而，在陣列天線的設計中，不完全符合周期特性的情況非常普遍。比如為了獲得更好的輻射特性，陣列設計常采用多種類型的單元混合組陣；比如由于不同加載部件或調試等原因導致陣列單元略有差別；比如板狀天線，輻射單元的排布滿足周期特性，但反射板的形狀又破壞了周期特性，等等。對于此類不能嚴格滿足周期特性的陣列天線，我們往往只能采用傳統的仿真方法，對復雜模型進行完整建模和網格剖分，對海量網格進行計算。
那么有沒有一種能夠實現非周期性陣列天線高精度快速計算的方法呢？
答案就是基于3D組件的有限大陣技術！
基于3D組件的有限大陣技術
基于3D組件的有限大陣列仿真方法是ANSYS HFSS 2019 R3中引入的一種新的、有效的基于迭代域分解的陣列仿真技術，可用于對具有不相同單元的有限周期結構進行建模。
什么是3D組件(3D Component)？
3D組件是獨立的HFSS模型。它們可能包含以下任何或所有的屬性：幾何，材料屬性，激勵，邊界條件，網格操作，相對坐標系和變量。3D組件的文件格式為.a3dcomp。將3D組件放入設計時，它們將顯示在“歷史記錄樹”的頂部。每個組件都有自己的實體，表格，坐標系和平面列表。當多次使用相同的組件時，實例組合在一起。
通過3D 組件可以方便的實現HFSS模型的加密。應用密碼保護的功能加密3D組件文件可以隱藏3D組件中各種幾何形狀，編輯和修改3D組件也需要輸入密碼才被允許，因此可以通過這種方法自由地共享模型而不會泄露任何信息。
3D組件的模型裝配功能對于管理復雜模型有很大的好處，它提供了一種新的途徑，使得工程師在與其他人協作時不需要創建每個組件就可以很好地預測系統的性能。例如，在HFSS中設計一個反射面天線時，可以通過導入喇叭天線組件和反射器組件，進行裝配實現建模。這樣就可以使得工程師的注意力更多的放在設計上。另外，通過3D組件裝配而成的模型，在求解過程中可以實現網格裝配的功能，即每一個3D組件本身的網格是獨立剖分，并且在組件之間的相對位置發生變化時，不需要重新剖分網格，只需要重新求解場即可。這種網格裝配的功能在接下的基于3D組件的有限大陣中也有應用。
基于3D組件的有限大陣
基于3D組件的有限大陣列仿真方法能夠實現對非周期的陣列天線進行快速建模仿真。將陣列中不同的單元分別打包成3D組件，然后再根據陣列排布進行陣列創建，實現非規則陣列的有限大陣快速求解。
其主要原理大致如下：
在建模時，首先將陣列中不同結構的周期性單元分別創建為3D組件，然后利用這些組件去進行陣列的構建。此過程和利用3D組件做模型裝配類似，只是由于不同結構的單元在陣列中存在一定的周期性，可以利用陣列蒙版進行陣列的構建，所以創建的模型實際是復用了已有的3D組件，從而就減輕了軟件模型渲染的壓力。
在網格剖分時，是僅針對陣列模型中數個結構不同的3D組件進行網格剖分，然后再復用到其他相同的單元，從而極大的縮減了大規模陣列網格剖分的時間。
在求解時，陣列模型會自動把各個單元看作是一個個獨立的子域，進行并行計算，提高求解效率。
所以整體上基于3D組件的有限大陣方法是3D組件的網格裝配技術和傳統有限大陣方法的結合，既有3D組件網格裝配的網格復用功能，又有傳統有限大陣的并行求解速度。從而實現了對具有不相同單元的有限周期結構進行建模，這種新的仿真技術可以縮短內存使用量，縮短仿真時間，并且可以利用共享內存來利用分布式計算資源。
當然，進行基于3D組件的有限大陣仿真，對于單元也有一些要求：
單元格被定義為3D組件
單元格邊界框的尺寸是相同的
主單元和從屬邊界定義在單元的表面上
在求解過程中，HFSS在單位單元之間創建非共形網格接口，從而減少了內存占用并提高了仿真性能。
下圖是一個包含兩個不同極化子陣的天線陣列，另外每個子陣外圍還有部分空白基板區域。其中水平極化子陣單元和垂直極化子陣單元的饋電位置不同。
要對這樣的模型進行基于3D組件的有限大陣建模，首先需要將整個模型分成三種周期性單元，分別是空白基板部分，水平極化子陣的貼片單元和垂直極化子陣的貼片單元。
接下來就可以按照原來陣列的布局進行陣列建模，整個建模過程完全基于有限大陣的蒙版。
完成建模后，便可以進行仿真。整個仿真過程也采用了網格復用技術和區域分解技術，加速了整個求解過程。
完成求解后，與全陣建模一樣，也可以任意編輯單元的幅度相位進行后處理。
其中一個極化工作時的天線場分布情況
在線研討會介紹
非規則陣列仿真新方法（ANSYS 2019 R3新功能）
日期/時間
2019年10月15日
20:00 – 21:00
課程受眾
陣列天線設計師
講師簡介
張旭
2012年畢業于蘇州大學電磁場與微波專業，獲工學碩士學位。長期從事天線設計研發，無源器件設計等電磁場與微波相關工作。現任ANSYS高級應用工程師，負責高頻產品線的方案開發、咨詢與技術支持等工作。
課程簡介
陣列天線在現代移動通信中有著廣泛的應用。進入5G時代，大規模陣列天線更成為了關鍵技術之一。隨著天線技術的不斷發展，天線陣列規模越來越大，并且陣列的構成也越來越復雜。這些特點都給陣列天線的仿真帶來了巨大的困難。
HFSS軟件一直致力于高頻電磁場方面的研發和應用，提供了高效高精度的電磁場算法，得到了廣泛的應用和認可。其獨特的限大陣列求解技術，可以快速高效的分析規則陣列天線問題。在今年發布的2019R3版本中，新增了對于非規則陣列求解的新方法—基于3D組件的有限大陣列方法，實現了非規則陣列天線的快速精確仿真。
本直播將以講解結合實際操作的方式，介紹HFSS的新功能——基于3D組件的有限大陣仿真方法，微放電的基本機理及流程，以及仿真實例，給出我們在非規則陣列仿真中有關問題的解決方案。
主要內容綱要如下：
1. HFSS陣列天線仿真方案介紹
2. 3D組件介紹
3. 基于3D組件的有限大陣方法介紹
4. 案例演示
5. 答疑討論
報名方式
報名后將獲得在線答疑參與機會！
報名后有機會在系列課程結束后抽取華為最新發布的Mate 30 1臺！
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更多研討會主題
ANSYS系列網絡研討會詳情
活動名稱：ANSYS 系列網絡研討會
活動時間：每周二、周四晚8點 - 9點，10月初開啟至2020年1月
活動形式：網絡研討會
費用：免費
獎品發放：在此系列網絡研討會結束后，ANSYS將官方抽取1名幸運者，TA將獲得華為最新發布的Mate 30 1臺！
除了最新款Mate 30之外，我們也有參會贏取精美禮品活動，現在就邀請你的小伙伴，一起學習，報名贏取大禮！
以下是系列網絡研討會主題及具體上線日期
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| ANSYS系列網絡研討會安排 | |
| ANSYS 2019 R3 新版本功能介紹專區 | |
| 日期 | 主題 |
2019/10/9 |
新版本功能快速預覽: HFSS微放電仿真(Multi-Paction solver) |
2019/10/15 |
陣列仿真的新突破：非規則陣列仿真新方法 |
2019/10/17 |
ANSYS SI/PI/EMI&TI 2019 R3 新功能介紹 |
2019/10/22 |
ANSYS FLUENT&CFX 2019 R3 新功能介紹 |
2019/10/29 |
HFSS-PI實現芯片封裝電源網絡高效精準建模 |
2019/11/5 |
封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析 |
| 行業熱點解決方案 |
|
| 日期 | 主題 |
2019/11/12 |
電力電子系統平臺及其解決方案 |
2019/11/14 |
ANSYS無人駕駛仿真平臺 |
2019/11/19 |
FLUENT adjoint伴隨優化求解技術在空氣動力學方面的應用 |
2019/11/21 |
無人駕駛的功能安全，SOTIF，信息安全分析方法及應用 |
2019/11/26 |
無人駕駛感知仿真與驗證之攝像頭與激光雷達 |
2019/11/28 |
永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真 |
2019/12/5 |
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2019/12/10 |
新一代多體動力學分析技術——ANSYS Motion |
2019/12/12 |
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