ansys高頻電磁場分析的案例
ANSYS9.0指南：高頻電磁場分析
ANSYS9.0指南：高頻電磁場分析
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伏圖高頻電磁場分析功能介紹及波導微波器件仿真APP開發
一、背景介紹
高頻電磁場仿真在電子工程領域有著至關重要的作用，廣泛應用于無線和有線通信、計算機、衛星、雷達、半導體和微波集成電路、航空航天等多個領域，從芯片封裝、毫米波電路、射頻電路設計驗證，到混合集成電路、PCB板、無源板級器件、RFIC/MMIC設計，再到天線設計，以及微波腔體、衰減器、微波轉接頭、波導濾波器等各類微波元器件的設計，都離不開高頻電磁場仿真工具。
二、伏圖高頻電磁場分析功能介紹
云道智造通用多物理場仿真PaaS平臺伏圖（Simdroid）具備完備的高頻電磁場分析功能，支持多物理場耦合仿真，為仿真工作者提供前處理、求解分析和后處理工具。
功能特點
1.靈活的四面體網格剖分
提供靈活的四面體網格剖分功能，包括單體剖分和整體剖分兩種模式，支持對局部區域進行加密剖分。
2.自適應網格加密
提供高效的自適應加密功能，進而獲得精確的計算結果。
3.ECAD導入功能
提供EDA風格的前處理環境，具備ECAD文件導入功能。
4.本征模分析
提供精確的本征模分析功能，支持查看諧振頻率、品質因素等結果。
5.輻射/散射分析
具有完備的散射/輻射分析功能，支持常見的端口設置和邊界設置。
6.三維輻射方向圖顯示
提供三維輻射方向圖顯示功能，直觀查看天線等輻射體的輻射性能。
7.多物理場耦合功能
提供多物理場耦合功能，能精確分析電磁-熱耦合問題。
三、波導微波器件仿真APP
作為仿真PaaS平臺，伏圖內置的APP開發器支持用戶以無代碼化的方式便捷封裝參數化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經驗轉化為可復用的仿真APP。封裝好的仿真APP可通過工業仿真APP商店Simapps，實現云端部署與在線應用，為用戶提供在線仿真工具。
展開 使用 2 種不同的方法求解高頻電磁場問題
對于高頻電磁場問題，選擇適合的模擬方法是十分重要的。在這篇文章中，我們以空氣中平面波入射到介電板這一過程為例，使用了兩種不同的方法對其進行求解，并根據仿真結果闡釋了“電磁波，頻域”接口與“電磁波，波束包絡”接口在實際應用中的差異和各自的優勢。
在兩個電磁接口中對自由空間剖分網格
上文的兩個接口均可求解頻域麥克斯韋方程，但二者的實現方式略有不同。RF 模塊和“波動光學”模塊均包含了“電磁波，頻域”接口，該接口可用于直接求解仿真模型中各處的復雜電場。而“電磁波，波束包絡”接口只能從“波動光學模塊”打開，可求解給定波矢的電場復包絡。在下文中，我們將“電磁波，頻域”接口簡稱為“全波”仿真，將“電磁波，波束包絡”接口簡稱為“波束包絡”仿真。
為了區分“全波”仿真與“波束包絡”仿真之間的差異，我們首先來討論一個普通示例：在自由空間內傳播的平面波（如下圖所示），然后我們會將從示例中學到的知識應用到介電板案例中。
原理圖展示了在自由空間內傳播的平面波，其中紅色、綠色和藍色分別表示電場、磁場和波印廷矢量。
要正確計算“全波”仿真結果的諧波性質，所使用的網格必須比場內的振蕩更加精細。兩篇關于求解電磁波問題和模擬相關材料的文章對仿真工具的話題進行了深入探討。對于“全波”仿真而言，為了模擬平面波在自由空間中的傳播，網格單元的數量需要隨研究的自由空間域的大小而變化，那么“波束包絡”仿真是什么情況呢？
“波束包絡”方法尤其適用于那些波矢 k 為已知量的模型。從實踐的角度來看，這意味著我們要使用“擬設” 對場進行求解。請注意，擬設中唯一的未知量是包絡函數 。正是因為要對包絡函數剖分網格才能獲取完整的解，所以軟件才會將這個接口命名為“波束包絡”。在自由空間中的平面波案例中，擬設的形式與解析解完全吻合。
展開 
【6月27-30日 北京】HFSS高頻電磁場仿真基礎工程應用
背景
微波技術廣泛應用于網絡設備與寬帶部件、雷達、通信、電磁兼容、微波能等領域。微波工程的分析和設計工作具有很大的難度，傳統的解析分析方法只能解決一些簡單問題，對于電磁系統高度復雜的微波工程問題，往往采用近似分析和實驗驗證，這使得設計工作通常需要經過反復的設計、加工、調試過程才能得到令人滿意的結果。為了精度和開發周期，我們一般借用微波EDA軟件進行微波相關工程設計開發。
經過二十多年的發展，HFSS以其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩定成熟的自適應網格剖分技術使其成為高頻結構設計的首選工具和行業標準，已經廣泛地應用于航空、航天、電子、半導體、計算機、網絡、傳播、通信等多個領域，幫助工程師們高效地設計各種高頻結構和程序，包括:射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結構、電真空器件，研究目標特性和系統/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設計成本和素材，減少設計周期，增強競爭力。特舉辦“HFSS高頻電磁場仿真基礎工程應用”培訓。 詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年6月27日-6月30日（第一天報到，授課3天）
地點：北京
主講專家
該課程講師，長期從事電磁工程分析工作，具有10年的軟件使用經驗，有比較扎實的電磁理論知識，善于結合理論與數值計算解決電磁相關問題，熟悉微波、天線、射頻、EMI、EMC等電磁方向數值計算；熟練掌握ANSYS HFSS、Designer、Q3D Extractor等電磁仿真軟件，有微帶天線、RFID、功率轉換器等產品項目開發經驗。培訓學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 Ansys高頻電磁應用領域及案例（下篇）
電磁兼容與可靠性
Ansys具有完整的從組件到板級，再到系統級的EMI/EMC分析能力，主要的問題類型可用如下的列表簡要歸類。HFSS作為Ansys電磁兼容仿真方案中的高頻三維結構核心求解工具，具有舉足輕重的作用，可應用于板級及系統級，尤其是涉及到射頻和環境的無線系統與全平臺集成的仿真場景當中，其中天線與PCB等問題，前面已經有較為詳細的描述。
射頻干擾RFI
-汽車、飛機、手機等搭載多通信系統的射頻干擾仿真
-無線倉庫的射頻干擾仿真
人體的電磁暴露
-高精度EM 仿真提供E和H場值
-頻率相關的介電常數
-人體模型與電磁場強度的限值進行比較
-變電站和高壓線路
-無線通信設備的SAR
-船舶飛機和平臺的EEE和輻射危險
-HERO,HERP.HERF、HERA
全平臺電磁仿真
雷擊與放電區域
高強度瞬態電磁場對電子設備的損害是致命的，典型的高強度電磁脈沖干擾包括雷擊，EMP，HEMP，ESD，以及HIRF高強度輻射場(High Intensity Raidated Field)但系統受高強度電磁場干擾或雷擊ESD等影響時，設計者必須保護系統或敏感設備不受損壞，且具備保持正常工作的能力。Ansys仿真軟件可以從時域頻域兩方面模擬HIRF和雷擊等瞬態強電磁脈沖的影響，幫助設計者定位HIRF和雷擊發生的熱點，查看HIRF和雷擊之后的放電路徑，并通過混合算法，對超大物體如航母等進行三維電磁分析。
用Q3D尋找人手和手機的模型中可能放電的熱點區域，Q3D中分析得到的電荷密度(絕對值)分布。
展開 Ansys高頻電磁應用領域及案例（中篇）
相控陣天線設計
HFSS軟件針對現代相控陣天線的設計需求，提供了從模塊到整機系統的設計平臺，可實現電磁場一電路一電磁場的閉環仿真，有效地幫助工程師攻克相控陣天線在系統集成方面的設計難題。
陣面設計
單元法：Floquet端口配合周期性邊界對周期性結構進行電磁分析的方法稱為單元法，可作為相控陣設計中，評估陣中單元性能的有效方法，它不僅能快速發現陣列的掃描盲區，還能提供多種分析手段，幫助設計者對掃描盲區的產生原因做出準確的判斷。
有限大陣(Finite ArrayDDM)：是HFSS獨有的一種基于單元法模型和區域分解法的高效大規模陣列天線仿真方法。這種方法與全陣建模求解同樣精確，并且建模求解都更加快速。
三維部件有限大陣(3DComp DDM)：基于三維部件的有限大陣列仿真方法是Anys HFSS 2019 R3中新引入的一種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仿真。
陣列與前端饋電系統協同設計
HFSS場路協同仿真方法通過電路和電磁場的動態鏈接與激勵推送，可以實現在電路仿真器中，將天線模型與饋電網絡仿真結合起來協同設計，仿真并優化駐波特性，進行匹配設計。這樣，不僅可以大大提高設計效率，充分考慮結構中的電磁場細節，直接獲得整個饋電系統優化的性能指標，而且避免了在設計中對單個部件過高的指標要求，可以方便地獲得整個系統最優化的性能。
利用HFSS場路協同設計功能，將周期性邊界條件仿真的陣中單元特性與饋電網絡在Circuit中組裝在一起，考慮天線單元之間的耦合特性和饋電網絡的寄生效應情況下，進行匹配設計饋電網絡和陣列天線的協同仿真。
展開 Ansys高頻電磁應用領域及案例（上篇）
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。
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。
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
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
仿真屏蔽腔對饋電結構的影響
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。
展開 ANSYS電磁場分析指南
供大家學習參考
ANSYS電磁場3D分析幫助中文版.pdf
ansys電磁場常見問題.txt
ANSYS電磁場分析指南 （全）.pdf
ANSYS電磁場分析指南-3D
ANSYS電磁場分析指南-3D.doc
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1.三維電磁感應加熱（附帶完整計算命令流及注釋說明）2.鋼球的淬火（附帶完整計算命令流及注釋說明）3.二維靜態磁場分析（附帶完整計算命令流及注釋說明）。
三維電磁感應加熱---感應加熱的激勵源為365000HZ的交流電，線圈電流密度為2.04e8A/m^2，線圈和管子的幾何模型如下圖所示：
鋼球的淬火---淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后快速冷卻的一種熱處理工藝方法，下圖為鋼球溫度變化曲線：
二維靜態磁場分析---把螺線管制動器作為2D軸對稱模型進行分析，計算銜鐵部分螺線管制動器的運動部分)的受力情況和線圈電感。
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ANSYS Workbench電磁場分析中的導線絕緣如何操作
將對應的網格設置為空氣或絕緣材料即可
2.另外一種方法就是通過命令的方式來操作，建立的模型為兩根導線緊挨著，那么將中間層的接觸面命名，然后選擇中間面的節點，之后選擇面上的單元，更改單元為不導電的單元為
結果如圖所示，電流密度可以看到，兩個導線之間是均勻的隔離開的，查看導體電壓的時候可以看到中間一條縫隙，設置為絕緣
采用這個方法就可以較好的模型多導線緊挨著狀態下的絕緣問題了
在ANSYS Workbench中進行電磁場分析時，導體設置是一個關鍵步驟。無論是導體方法還是線圈方法，都需要根據具體的分析需求來選擇合適的方法。面對復雜形狀和多導線并排的情況，我們需要采用切割和絕緣處理的方法來解決。通過精細的模型設置和巧妙的操作技巧，我們可以在ANSYS Workbench中準確地進行電磁場分析，為工程實踐提供有力的支持。希望本文能夠幫助讀者更好地理解和應用ANSYS Workbench進行電磁場分析。
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本書由中國科學院電工研究所的劉國強博士、趙凌志碩士和北京市科技情報所的蔣繼婭碩士共同執筆編寫。
最后，對ANSOFT公司對本書的大力支持表示衷心的感謝！
由于時間倉促，書中難免存在錯誤和疏漏之處，懇請讀者批評指正。
展開 Ansys電磁場分析初學者常見的問題
1.關于Ansys中的兩類邊界條件
邊界條件在電磁場分析中至關重要，Ansys中通常有兩類邊界條件。其實不僅是Ansys，所有基于有限元算法的軟件都存在著兩類邊界條件，即通量平行條件和通量垂直條件。所謂的通量平行和垂直就是指實際情況下磁力線和邊界的情況。在Ansys中，電磁場分析的邊界條件是相當直觀的。在其幫助文檔是這么定義的:Flux-parallel: Set in-plane components of A to zero，即矢量磁位平面分量為0。通常在對稱模型的中間位置矢量磁位平面分量會為0，如變壓器鐵心中間可以設置通量平行條件，還有最外面的邊界也要設置A=0。
2.對于遠場，即Far-field: Useelement INFIN11
在遠場區域，設置AX=AY=AZ=0，即指定A=0。相當于指定了第一類邊界條件，當然也可不用Ansys中的遠場單元，只需要將邊界設置的更大一些即可。
3.周期性邊界條件Periodic:Use Ansys’ cyclic symmetry capability.
Imposed external field: A(X,Y,Z)does not equal zero.即邊界條件A（矢量磁位）不為常數。一般情況下，通量平行條件是可以不加的，但是通量垂直條件一定要加。
4.進行非線性求解的時候，如果你輸入了材料的磁化曲線，在進行二維分析的時候是成功的，但是在三維分析的時候被告知得到的解是不收斂的。原因如下：
（1）你需要檢查一下程序的問題，是不是求解的步長設置不合理。一般情況下，Ansys默認的是25，這個值可以滿足大部分計算的需求，不過有的時候你需要把這個步長變大。
（2）請確認你輸入的磁化是否正確，是否滿足Ansys的要求。
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