電磁仿真
關注創建者：鐘小四 創建時間：2015-12-08
電磁仿真的視頻教程
通過實例展示直觀講解HFSS電磁仿真的價值所在
電磁是非常抽象的物質，導致一般的電磁仿真或者電器工程師對電磁的理解比較膚淺，甚至無法直觀的敘述出他的價值所在。本課程針對這個問題通過案例直觀展示HFSS電磁仿真技術的價值，并讓老師，工程師，學生，深刻感受到電磁仿真的對于研發項目中的重要性，對于加速產品上市有至關重要的作用，電磁仿真技術是每個電子研發工程師必備核心技能.
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電磁仿真應用工程師培訓
本培訓旨在培養具備扎實電磁仿真理論基礎與豐富實踐經驗的專業工程師。課程系統講解了電磁仿真分析的基礎理論、數值方法及應用領域。通過參加課程學習，學員能夠掌握基礎學科理論知識以及電磁仿真應用和案例分析的技術技能，并能夠熟練運用Simdroid自主CAE電磁軟件開展仿真案例的分析。
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電磁仿真的實例教程
電磁仿真是一種用于研究和模擬電磁場行為的重要工具，它在多個領域都有廣泛的應用。
以下是電磁仿真的一些主要方面、常用的仿真軟件以及相關的算法和求解器
主要研究方面：
1) 天線設計和分析：電磁仿真用于設計和分析各種類型的天線，以優化其性能。
2) 微波和射頻電路設計：在射頻和微波電路中，仿真用于分析和優化濾波器、放大器、天線等組件。
3) 電磁兼容性（EMC）：仿真可用于分析電子設備之間的電磁干擾，以確保設備之間的互操作性。
4) 電磁場輻射：研究電磁波的輻射和傳播，如雷電、電磁輻射等。
5) 電磁散射和反散射：分析物體對電磁波的散射特性，如雷達散射和探測。
6) 電磁場仿真：分析電磁場的分布和行為，如靜電場、磁場等。
常用的仿真軟件：
1) Ansys HFSS：用于高頻電磁仿真，主要用于天線、微波器件、射頻電路等的設計和分析
2) ANSYS Maxwell：用于低頻電磁仿真，主要用于電機、變壓器、電磁鐵等的設計和分析。
3) CST Studio Suite：用于高頻電磁仿真的全面軟件套件，支持多種應用領域:天線、雷達、電磁兼容等領域的設計和分析。
4) FEKO：用于電磁仿真和天線設計的軟件，適用于廣泛的電磁頻譜。
5) ADS：用于高頻電磁仿真，主要用于射頻電路、微波器件等的設計和分析。
6) XFDTD: 一款電磁仿真求解器,用于全波、靜態、生物熱、優化和電路等
7) COMSOL Multiphysics：多物理場仿真軟件，支持電磁、熱傳導、流體力學等多個領域的仿真。
8) Sim4Life：用于生物醫學電磁仿真的軟件，用于分析電磁場對人體的影響。
展開 傳統的電路仿真已經無法為設計射頻模塊、RFIC 和 MMIC 提供足夠強大的解決方案。當今的設計通常具有很高的工作頻率、需要處理復雜的波形和各種技術的整合，這就要求在整個設計過程中考慮到所有的電磁效應。現代電磁分析提供了理想的解決方案。
發揮電磁電路分析的潛力
隨著集成電路（IC）元器件變得日益復雜，電磁（EM）電路仿真對于實現精確而高效的設計至關重要。電路的電磁效應可能會極大改變電壓電平，對半導體器件造成損壞。利用電磁仿真，設計人員可以評測電路上的電磁效應，從而提前避免這一問題帶來沉重代價。
電磁仿真使設計人員能夠精確地建立系統大部分或整個系統的模型。此外，將 3D 電磁建模與傳統電路仿真整合在一起，是從根本上簡化設計流程的一種方法。很多設計人員將電路仿真與電磁仿真分開執行。不過，您可以選擇恰當的工具同時完成這些任務。
電磁分析正快速成為元器件設計人員的“首選工具”。本電子書詳細分析了四個應用，告訴您如何使用電磁仿真來加速和簡化設計流程，從而創造更好的設計。
開始新的高頻電路設計之前，您需要使用何種電磁仿真方法？
- 了解電磁仿真基礎知識
在許多應用領域的不同頻率范圍內都存在著電磁力。無論您是正在進行無線、數字還是電源應用設計，對電路執行電磁仿真都將讓您受益匪淺。目前，市場上存在多種不同的電磁仿真技術方法，它們分別適合一個或多個應用領域。了解每一種方法的技術優勢及其應用方法，對于實現成功的設計和仿真至關重要。在您開始新的高頻電路設計之前，最好是知道將要使用何種電磁仿真方法。
3 種主要的電磁仿真技術包括：最常用的電磁仿真方法包括矩量法（MoM）、有限元法（FEM）以及有限差分時域法（FDTD）。
展開 電機NVH是一個多物理場耦合的問題，其中涉及到的電磁、機構運動、熱流等領域，對應仿真也需要采用多個不同領域的求解器聯合求解。目前，對于由于電磁載荷引起的電機噪聲仿真一般采取先進行電磁仿真提取電磁力，然后將提取的電磁力加載到結構有限元模型上進行結構振動噪聲仿真的流程。
電磁仿真需要采用考慮運動的時域求解器，因此往往采用2D模型提高仿真分析效率。結構有限元模型往往為三維網格，求解采用頻域算法。電磁仿真的模型和結構仿真模型是兩套不同的模型網格。如何快速高效的建立電磁仿真和結構振動噪聲仿真模型之間的數據傳遞是目前大多數電機NVH仿真工程師所關心的。西門子Simcenter 3D技術團隊針對這個問題，開發了針對性的程序，可以快速方便的解決從電磁仿真到振動噪聲仿真之間電磁力處理的問題。程序功能主要應用可以概況為以下幾點：
1. 任意定子結構加載位置選擇
為了實現低噪音設計，在電機結構設計中定子齒的齒頂往往不再是圓弧形。出現了平齒、內凹、外凸等多種形狀。針對這些新的結構型式，如何能夠快速高效的提取齒頂的載荷？
在我們的程序中，只需要設置關注的區域范圍，軟件會基于實際的2D電磁網格及電磁力自動提取齒頂的電磁力，并將2D的電磁仿真計算出的電磁力拉伸為用于有限元網格加載的電磁力。通過該程序，我們可以實現：
精確考慮外凸和內凹齒面效果
精確切向力引起定子齒變形
減小電磁力文件大小
2. 基于多個穩態轉速的電磁階次力提取
在計算電機加速噪聲時的電機轉速是變化的，在電磁仿真時的工況為恒定轉速工況。電機實際的振動噪聲問題往往體現為階次的特征，所以采用階次計算的方式計算振動噪聲可以更好的對電機振動噪聲進行分析。
展開 電磁仿真技術與人工智能（AI） 正在以驚人的速度推動著數字化研發的新趨勢！
2023年7月7日，Altair 將在西安舉辦電磁仿真技術大會，屆時我們將深入探討最前沿的技術亮點，聚焦熱門話題，并與行業領軍者一同探索電磁仿真技術與 AI 相結合的最新進展，共同加速數字化研發的步伐！
無論您是從事電磁領域的專業人士，還是對該領域充滿好奇的科技愛好者，這是一場不容錯過的電磁行業盛宴！
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大會亮點議題 行業技術與創新趨勢的融合
1
數據分析與AI驅動的電磁仿真
在大會主會場圓桌討論中，行業專家們將講在現場共同探討數據分析和人工智能在電磁仿真中的應用：如何通過將大數據和智能算法引入仿真過程，快速分析、優化和預測電磁現象，從而加速研發周期，提高產品質量，實現更高效的數字化創新。
2
創新趨勢與案例分享
分享最新的創新趨勢和成功案例，涵蓋電磁仿真與AI在多個領域的應用。
展開 翻譯：上海安世亞太
前言
多年來，設計人員一直在仿真中考慮封裝寄生效應package parasitics 的影響，從使用簡單的一階模型（如理想電感+電阻）到更復雜的spice梯形網絡，最后到使用三維電磁仿真器充分提取封裝的s參數。對于封裝加PCB通道，目前最常用的方法是將封裝和電路板作為s參數或寬帶SPICE模型獨立地提取出來，并在電路仿真器中結合這兩種模型。但由于工作頻率高、信號速度快、集成器件復雜等因素，這種方法的局限性越來越大。
封裝與PCB（或封裝與電路）之間的耦合對性能有著不可忽視的影響。實現復雜封裝和PCB，或封裝和電路的仿真有幾個挑戰:電磁求解器的容量和精度，自動化，易用性，可接受的仿真時間。
PCB和封裝設計人員深知在更高層次的系統仿真中，提取其精確的設計模型是多么重要。采用三維全波電磁仿真和自動自適應網格劃分方案，可提供提取全波s參數模型所需的精度水平。然而，設計人員在嘗試使用三維電磁仿真來解決復雜的設計時面臨著一些挑戰，如圖1所示。電路板和封裝器件通常采用電子設計自動化（EDA）工具進行設計，需要引入到三維電磁仿真工具中。這些設計包括多個介質層、電源和接地層、信號層、大量過孔（與焊盤定義相關）和鍵合線。
第一個挑戰是從EDA工具中導入數據庫，但不包括應用于設計的手動修改，但要保留跟蹤、焊盤、焊線、網絡和引腳的數據庫信息。導入幾何體后，其他仿真模擬設置（例如，端口定義）需要易于使用，避免耗時的工程工作，并為非專業用戶提供可訪問性。最后，三維電磁仿真工具需要強大的網格、求解器和高性能計算功能，以將仿真時間縮短到可接受的水平，同時提供準確度。本文詳細介紹了一種用ANSYS?HFSS?3D Layout進行整合了封裝和PCB電路板的三維電磁仿真的新流程。
圖1.
展開 
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