3D電磁仿真的案例
分享：電磁仿真的3種主要技術和4種典型應用
使用 PathWave ADS 對印刷電路板上的焊接凸點進行完整的 3D 電磁分析
電磁仿真應用 3 - 低溫共燒陶瓷模塊
低溫共燒陶瓷（LTCC）模塊是無線和汽車應用中的一個成熟解決方案。LTCC 模塊在尺寸、成本和上市時間等方面具有優勢。由于它們可以將電容器、電阻器和 電感器集成在一小片區域內，因此 RFIC 可以輕松地安裝在此模塊上。其導體路 徑通常由金或銀材質制成，具有出色的物理和電氣特性，同時生產成本更低。另外，LTCC 產品的體積較小，通常不到 5 x 5 mm，并具有較高的介電常數。
LTCC 產品通常在印刷電路板上組裝和測量
設計挑戰
盡管 LTCC 模塊具有諸多優勢，但它同時也為無線器件設計人員帶來了一些設計挑戰。多個大型結構可能會產生寄生耦合。它們的幾何結構十分復雜，而且包含許多密集疊加的層，這就要求設計人員必須采用先進的設計解決方案：靈活且可自定義的 版圖編輯器，以及能夠對復雜的 3D 幾何結構進行建模的仿真技術組合。
LTCC 模塊設計通常同時需要 3D 平面和 3D 全波電磁求解程序。借助 3D 平面求解程序，設計人員可以快速獲得精確的電磁仿真結果，以及任意無源電磁建模功能。盡管它足以滿足大多數 LTCC 應用的需求，但有些情況下還需要使用全波 3D 電磁仿真。
在 PathWave ADS 上進行 3D 電磁仿真的基板堆疊定義和 3D 視圖
解決方案
使用 3D 電磁仿真軟件精確仿真 LTCC 模塊。矩量法（MoM）求解程序為這些復雜的設計提供了理想的解決方案，因為它只將有電流流動的金屬表面考慮在內。為了獲得最佳精度，設計人員最好使用 3D 全波 FDTD 電磁仿真。
展開 ANSYS電磁仿真工具HFSS、SIwave和Q3D的區別詳解
ANSYS下的HFSS、SIwave和Q3D的區別和應用場景，為大家做個詳解。
分析對象
這三個軟件的分析對象上有一些區別，其中HFSS和Q3D比較類似，都支持對3D任何結構的建模和分析，最后都能得到該結構的等效電路模型；SIwave的分析對象主要還是層疊結構，是一個PCB專用的分析工具。
產品定位
HFSS是針對微波、射頻和SI的工具， SI分析只是它功能的一個方面，此外，它還能求解腔體、波導等的本征模；Q3D僅僅是針對SI的工具，沒有別的用途；SIwave是針對PCB分析的工具，除了SI，還可以做PI和EMI分析，但是在ANSYS新的產品規劃里面，SI問題將以HFSS 3D Layout來主導，SIwave正在向PI和EMI工具進行演變。
求解原理
HFSS是3D全波電磁場仿真工具，基于有限元理論，對全波Maxwell方程組聯合求解，理論上計算結果的準確度不受限于頻率，仿真的時間步長，但是占用的計算機資源多；Q3D是準靜態的2D\3D電磁場仿真工具，對電壓和電流建立電路方程組求解，因此仿真的速度快，但是因為采用的是電路理論，因此只在一定的頻率范圍內是準確的，這個范圍通常是要求結構尺寸小于求解波長的十分之一，通常建議適用的頻率上限是5Gbps；SIwave是2.5D的電磁場仿真工具，它假設PCB在層疊Z方向上的電磁場是均勻分布的，因此求解的是對Z方向分量進行簡化后的Maxwell方程組，要求Z方向上的結構不能有變化，因此也只在一定的頻率范圍內是準確的，通常要求分析對象必須擁有完整的參考平面，通常建議適用的頻率上限也是5Gbps。
展開 最新最快3D電磁仿真精準硬件配置2021v4
，通過對3D電磁仿真計算特點，和大量測試，配備最新intel計算技術，給出最新最快電磁仿真工作站硬件配置方案，每臺仿真計算工作站或仿真計算集群都經過系統優化，還有在線技術支持，保證機器三年內，機器處于最快、最可靠運行狀態。
用對了版本電磁3D仿真速度可提升10倍
本文原刊登于semiengineering.com：《10X Faster Electromagnetic 3D Simulation》
作者：DENIS SOLDO
編輯整理：倪勝 | Ansys中國高級應用工程師
虛擬原型對于優化高性能電子產品的信號完整性性能而言，至關重要。如今，工程團隊力求在幾小時內快速完成印刷電路板（PCB）和3D芯片封裝的電磁（EM）仿真，并獲得最高的精度。
電磁仿真技術經歷了漫長的發展：早在2000年，Ansys率先推出了采用全新矩陣多處理技術的電磁仿真器HFSS，利用全波3D模型仿真差分對互連，這被視為一次真正意義上的突破。
二十年后，2019年的夏天，一家重要客戶告知Ansys，他們使用HFSS仿真48端口的PCB模型時竟花了28.5小時。后來根據客服了解得知，客戶當時使用了最新技術之前四個版本的舊版HFSS，并且使用經驗法則以及2000年代早期的最佳實踐。他們對信號返回路徑的電源和地布局結構進行了非常狹窄、適形的裁切，從而影響了仿真的邊界條件。裁切操作中還將許多微小但互不相連的多邊形創建成工件。其實，使用最新HFSS版本可自動生成裁切并刪除浮動的多邊形結構，所以已不需要再采用上述方法。
可見，陳舊、復雜的工作流程或者過舊的HFSS版本會導致PCB仿真運行時間過長，原因是較早版本的HFSS在網格劃分技術方面存在局限性，在RAM有限的單機上生成簡化的3D幾何結構時也有很多限制性規則，而現在，使用最新HFSS版本可自動生成裁切并刪除浮動的多邊形結構，可以將仿真運行時間縮短到僅需2.75小時，這比原來的仿真時間快了10倍以上，而且只需更新到最新HFSS版本并采用最佳實踐就能實現。
展開 
用對了版本電磁3D仿真速度可提升10倍
本文原刊登于semiengineering.com：《10X Faster Electromagnetic 3D Simulation》
作者：DENIS SOLDO
編輯整理：倪勝 | Ansys中國高級應用工程師
虛擬原型對于優化高性能電子產品的信號完整性性能而言，至關重要。如今，工程團隊力求在幾小時內快速完成印刷電路板（PCB）和3D芯片封裝的電磁（EM）仿真，并獲得最高的精度。
電磁仿真技術經歷了漫長的發展：早在2000年，Ansys率先推出了采用全新矩陣多處理技術的電磁仿真器HFSS，利用全波3D模型仿真差分對互連，這被視為一次真正意義上的突破。
二十年后，2019年的夏天，一家重要客戶告知Ansys，他們使用HFSS仿真48端口的PCB模型時竟花了28.5小時。后來根據客服了解得知，客戶當時使用了最新技術之前四個版本的舊版HFSS，并且使用經驗法則以及2000年代早期的最佳實踐。他們對信號返回路徑的電源和地布局結構進行了非常狹窄、適形的裁切，從而影響了仿真的邊界條件。裁切操作中還將許多微小但互不相連的多邊形創建成工件。其實，使用最新HFSS版本可自動生成裁切并刪除浮動的多邊形結構，所以已不需要再采用上述方法。
可見，陳舊、復雜的工作流程或者過舊的HFSS版本會導致PCB仿真運行時間過長，原因是較早版本的HFSS在網格劃分技術方面存在局限性，在RAM有限的單機上生成簡化的3D幾何結構時也有很多限制性規則，而現在，使用最新HFSS版本可自動生成裁切并刪除浮動的多邊形結構，可以將仿真運行時間縮短到僅需2.75小時，這比原來的仿真時間快了10倍以上，而且只需更新到最新HFSS版本并采用最佳實踐就能實現。
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本文原刊登于semiengineering.com：《10X Faster Electromagnetic 3D Simulation》
作者：DENIS SOLDO
編輯整理：倪勝 | Ansys中國高級應用工程師
虛擬原型對于優化高性能電子產品的信號完整性性能而言，至關重要。如今，工程團隊力求在幾小時內快速完成印刷電路板（PCB）和3D芯片封裝的電磁（EM）仿真，并獲得最高的精度。
電磁仿真技術經歷了漫長的發展：早在2000年，Ansys率先推出了采用全新矩陣多處理技術的電磁仿真器HFSS，利用全波3D模型仿真差分對互連，這被視為一次真正意義上的突破。
二十年后，2019年的夏天，一家重要客戶告知Ansys，他們使用HFSS仿真48端口的PCB模型時竟花了28.5小時。后來根據客服了解得知，客戶當時使用了最新技術之前四個版本的舊版HFSS，并且使用經驗法則以及2000年代早期的最佳實踐。他們對信號返回路徑的電源和地布局結構進行了非常狹窄、適形的裁切，從而影響了仿真的邊界條件。裁切操作中還將許多微小但互不相連的多邊形創建成工件。其實，使用最新HFSS版本可自動生成裁切并刪除浮動的多邊形結構，所以已不需要再采用上述方法。
可見，陳舊、復雜的工作流程或者過舊的HFSS版本會導致PCB仿真運行時間過長，原因是較早版本的HFSS在網格劃分技術方面存在局限性，在RAM有限的單機上生成簡化的3D幾何結構時也有很多限制性規則，而現在，使用最新HFSS版本可自動生成裁切并刪除浮動的多邊形結構，可以將仿真運行時間縮短到僅需2.75小時，這比原來的仿真時間快了10倍以上，而且只需更新到最新HFSS版本并采用最佳實踐就能實現。
展開 電磁閥仿真專題培訓-Maxwell 3D側向作用力
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
本教程演示了如何使用多相模型模擬軸承油膜潤滑。
啟動FLUENT并導入網格
第一步
在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令，啟動Fluent 2021。
第二步
單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導入.msh網格文件。
定義模型
單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板。在Solver Time中選擇Steady。
設置材料
單擊主菜單中Setting Up Physics→Materials→
Create/Edit，彈出Create/Edit Materials（材料）對話框。創建新物質，oil。
定義多相流模型
第一步
在模型設定面板Models中雙擊Multiphase按鈕，彈出Multiphase Model（多相流模型）對話框，選擇Mixture，單擊OK按鈕確認并關閉對話框。
第二步
在模型設定面板Models中雙擊Multiphase下的Phases按鈕，彈出Phase（多相流設置）對話框，在Phase-1對話框中，Phase Material選擇oil，在Phase-2對話框中，Phase Material選擇air，單擊OK按鈕確認并關閉對話框
展開 新能源汽車驅動電機NVH仿真中的電磁力處理
我們的程序中可以基于不同轉速的unv電磁力時域數據進行處理，導出在第一步提取齒頂的區域三維的階次電磁力。通過該程序，我們可以實現：
同時提取多個階次
轉速差值
精確模擬模態共振的效果
3. 分段斜極的電磁力提取
在實際電機設計中，低噪音設計方案還經常會考慮分段斜極。對于分段斜極的電機電磁力應用如何提??？這是我們經常會遇到的問題。分段斜極可以考慮為有空間相位的多個直極電機疊加而成。因此，在進行分段斜極拉伸時的輸入可以考慮為多個2D電磁力分別拉伸并組合。
我們的程序中可以在階次電磁力提取的同時考慮分段斜極拉伸。將多個2D電磁仿真分析的unv電磁力結果進行處理，整合成一個用于結構振動噪聲仿真的電磁力輸入。通過該程序，我們可以實現：
實現分段斜極2D-3D電磁力轉換
支持V型斜極拉伸
直接作為電磁力載荷輸入
我們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，結合西門子Simcenter 3D中電磁仿真和振動噪聲仿真工具，可以快速便捷的實現各種復雜情況電磁載荷引起的電機噪聲仿真。
展開 如何選擇合適的電磁場仿真算法
有人提問2.5D和3D電磁場仿真的區別，結果“2.5D”這個概念的發明者、電磁場軟件SONNET的創始人J.C. Rautio博士跑過來親自回答了這個問題。
帖子的大意是說，他當時在雪城大學讀博士（1982～1986年），研究層狀結構的矩量仿真算法，項目由通用電氣實驗室贊助。在那個時候，他們的算法中考慮到了2D的電流（x-y平面）和3D的場強（所有方向）。通用電氣實驗室看到了電流分布，稱之為2D算法，而他的導師Roger Harrington看到了場分布，稱之為3D算法。當然導師和贊助機構兩方面都不能得罪，于是他折中了一下，稱之為2.5D算法。這是2.5D這個術語第一次被用到電磁場仿真之中。
就此他還寫了一篇小文章發在了1992年的IEEE MTT-S Newsletter雜志上，標題為“Some Comments on Electromagnetic Dimensionality”。這篇文章很短，在網上很容易找到，有興趣的可以去看看。
在完成他的畢業設計之后，他給仿真器中添加了對Z軸電流的支持，從此成為完整的3D層狀結構仿真器。但是“2.5D”這個術語太性感，從此一發不可收拾的流傳了開來，具備了自己的生命力。在我開始讀博士接觸Momentum時，大家的確稱Momentum為2.5D仿真軟件。這也從側面說明
了一個易懂的朗朗上口的術語對于技術的宣傳是多么重要?。”热缫暰W膜屏，比如LiFi。
以今天的視角來看，
"2.5D"這個術語基本可以與“3D層狀結構”互換。
全波（full wave）和準靜態（quasi-static）
所謂準靜態場，指的是場源隨時間變化很慢，我們可以忽略其變化，當場所在的區域的尺寸遠小于波長時近似成立。在實際計算中，對于矩量法，如果選擇準靜態模式，那么仿真器將會對格林函數做低頻等效，忽略其高頻變化，以加快仿真速度。
展開 國產電磁仿真軟件來了，你試一下吐個槽？Zwsim來襲
從中國首款自主知識產權的二維CAD平臺軟件中望CAD，到國內唯一一款具有自主產權的高端三維CAD/CAM一體化軟件中望3D，再到電磁仿真專業CAE軟件ZWSim，中望軟件與時俱進屢次承擔起時代發展重任，為中國工業轉型升級提供可信賴的CAx（CAD/CAE/CAM）一體化解決方案，逐步實現對國外中高端軟件產品的進口替代。
如何學好電磁仿真技術？ 附電磁學仿真下載
電和磁是不分家的，有電的地方就有磁，所以電磁技術在電氣設備當中得到了廣泛的應用。
1、電氣設備的絕緣分析是電氣柜的必要仿真之一，換言之，就是在設備當中是否發生閃電（電弧擊穿），那么仿真軟件就可以根據離散化的空間單元來計算電場強度，進而判斷其場強是否大于空氣的擊穿場強，后期進行必要的產品設計更改。這是電磁軟件的電場應用。
2、考慮磁場應用就更多了，高頻的電磁波這里不做考慮，那么低頻的應用包括考慮熱效應的有電磁爐、電磁感應淬火、電氣設備功率損耗、電纜功率損耗等
3、考慮電磁受力的有電磁炮、電磁鐵、斷路器的電磁脫扣器，電氣柜的電動力
4、考慮電磁場效果的的有變壓器、金屬檢測儀器、無線充電技術、磁懸浮等技術
電磁仿真技術學習經驗分享
以上講了電磁的常規應用，下面我說一下個人的對于電磁仿真技術的學習經驗。供大家參考，有興趣的可以深入研究
1、話說干一行愛一行，首先你得喜歡仿真分析這門玄學。更要對其充滿好奇心，要多想想你能從中得到什么，沒有興趣，那么就果斷放棄吧，此處不開花，總有你綻放的地方
2、有了興趣那么你就要開始深入研究。如果你對《周易的》乾坤八卦不了解（乾代表天，坤代表地，巽（xùn）代表風，震代表雷，坎代表水，離代表火，艮（gèn）代表山，兌代表澤），那么你對五行-金、木、水、火、土，至少要有個概念，換言之，你對Maxwell方程組不了解，那么對其衍生的電磁學知識有個初步的感性認識，其理論知識至少要達到一定高度（初中物理中的電磁知識即可）。
原理其實很簡單，結合個人經驗，你需要知道三點知識即可
（1）明白無論直流還是交流，只要有電流就會產生磁場，了解其磁場方向（右手定則），方向看看指南針即可
（2）明白電流在磁場中受力方向（左手定則）。
展開 
AMESim電磁閥仿真詳解：一種深低溫電磁閥試驗系統設計與仿真
基金項目：國家自然科學基金——聯合基金項目（U1937602）
摘 要：
為實現某低溫運載火箭三子級冷氦增壓系統液氫溫區閥門性能考核，采用AMESim建立系統仿真模型，仿真分析被測冷氦增壓電磁閥不同工作模式，得出兩臺200W@20K斯特林制冷機、兩臺70L高壓低溫換熱貯罐、按照箭上落壓、等間隔開啟/關閉工作模式的設計方案，以最小貯箱容積和最短換熱時間實現冷氦電磁閥液氫溫區性能試驗。
光收發器信號完整性分析（包含封裝效應）-AEDT-INTERCONNECT互操作性
在此示例中，Ansys Circuit和INTERCONNECT用于對2.5D集成光收發器進行電光信號完整性仿真。該收發器由通過interposer層連接的電集成電路(EIC)和光子集成電路(PIC)組成。
Ansys Circuit用于對信號路徑的電學部分進行建模，INTERCONNECT用于對光學部分進行建模。單向信號傳輸用于連接信號路徑的電學部分和光學部分。Interposer層上的信號路徑使用Ansys HFSS 3D電磁仿真計算出的S參數進行建模。
概述
了解仿真工作流和關鍵結果。
收發器信號路徑始于EIC上的driver，該driver通過interposer將10Gb/sNRZ信號發送到PIC上的耗盡型環形調制器。調制后的光信號經過一個代表信道損耗的衰減器，到達接收器上的光電探測器。光電流驅動接收信號通過interposer層返回到EIC上的電阻。
步驟1：發射器電路
該電路用于仿真EIC上的driver和PIC上的環形調制器之間發射器信號路徑的電學部分。
發射器電路由代表調制器driver的電壓源、Interposer層的狀態空間模型單元以及環形調制器的等效電路組成。Interposer層狀態空間模型基于Ansys HFSS進行3D電磁仿真計算出的電S參數生成。
環形調制器等效電路由兩個電阻和一個電容組成，分別代表調制器PN結的電阻和電容。等效電路中結電容兩端的電壓保存在一個文本文件中，并在下一步中用作環形調制器光學模型的輸入。
步驟2：光信道
Lumerical INTERCONNECT用于模擬由激光源、發射器和接收器組成的光信道。
上一步中記錄在文本文件中的電壓由“Signal Voltage”元件讀取，并用于驅動發射器中的環形調制器模型。
展開 CST—EMC（電磁兼容）仿真及分析工具
背景概述
隨著汽車電子的發展特別是新能源互聯網汽車的興起，整車的EMC環境越來越惡劣，傳統的EMC設計面臨著設計階段盲目性強、調試測試階段工作量大、整改階段重復性高等諸多挑戰，需要通過EMC仿真來解決上述問題。EMC仿真貫穿產品開發全周期，從PCB的電源完整性和信號完整性分析，到線纜線束的串擾及輻射情況，再到機箱機殼的屏蔽性能效果，以及整車的EMC測試等，都可以使用EMC仿真來幫助分析。通過仿真結果能夠對設計需求進行驗證，為EMC實測結果提供參考，從而盡早發現潛在的電磁兼容問題、提出更優的解決方案、縮短整改產品的開發周期、節省成本。
軟件介紹
CST全稱為Computer Simulation Technology，具備完備的3D全波電磁場仿真技術。CST Studio Suite（CST工作室套裝）是CST的核心產品，是目前市場上準確、高效的3D EM仿真工具之一，包括CST微波工作室、CST設計工作室、CST印制電路板工作室、CST電纜工作室、CST電磁工作室、CST粒子工作室及CST多物理場工作室共7個子軟件，能滿足用戶從芯片級到系統級的設計需求。
CST微波工作室
用于高頻器件的快速、準確3D仿真工具。適用于整個電磁波和光波波段的電磁仿真，可仿真大部分結構、材料下的S參數、輻射和散射問題。
CST設計工作室
通用的路仿真工具。支持基于模型或電路元件的各種類型，可進行時域非線性電路和頻域路仿真，支持三維電磁場和電路的場路協同仿真，支持參數化SPICE、TOUCHSTONE、IBIS模型導入。
展開 電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
圖6 電磁熱耦合載荷傳遞量類型圖
04
仿真結果
電磁場計算結果
INTESIM計算得到線圈的電流密度如圖7所示。
圖7 線圈的電流密度
INTESIM計算得到鍋體底部的渦流密度如圖8所示。
圖8 鍋底的渦流密度
電磁爐的鍋體底部熱損耗如圖9所示。
圖9 鍋體底部熱損耗
熱場計算結果
查看整體的溫度分布如圖10所示。
圖10 整體的溫度分布
查看鍋體底部的溫度分布如圖11所示。
圖11 鍋體底部的溫度分布
查看陶瓷的溫度分布如圖12所示。
圖12 托盤的溫度分布
05
總結
本案例使用INTESIM軟件，基于渦流場分析、熱場分析和非匹配網格映射插值等功能，實現了電磁-熱耦合分析求解。仿真計算得到的熱損耗和溫度結果與對標軟件結果基本吻合。本案例驗證了INTESIM多物理場仿真模塊中的電磁-熱耦合仿真功能，對渦流場分析和熱場分析及耦合仿真進行應用驗證，能夠為廣大用戶在電器領域中的電磁場、熱場耦合仿真應用提供可行方案。
文章來源: 英特仿真INTESIM
展開 