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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。

芯片設計人員普遍關注電路/路徑延遲計算和動態I*R壓降分析的RC寄生效應。將提取的寄生參數反標到網表模型要求版圖已經成功通過LVS檢查。對于具有快速時鐘轉換速率和高開關活動的特定高頻設計類，感應阻抗的影響被納入電源網格和全局時鐘模型提取中。[1] 片上感應螺旋組件利用獨特的方法生成電氣模型。

圖4：高速創新 在完成全部這些創新和更多創新后，隨著HFSS網格融合功能的推出，用戶現在可以充分利用我們這些優勢，解決最大型、最復雜的設計難題。 將HFSS網格融合功能設計用于處理大型系統，用戶就無需再為獲得可靠的仿真結果而做出妥協。所有這些進步，加上HPC和云計算的發展，都為高頻電磁仿真開辟了新的前沿！

圖4：高速創新 在完成全部這些創新和更多創新后，隨著HFSS網格融合功能的推出，用戶現在可以充分利用我們這些優勢，解決最大型、最復雜的設計難題。 將HFSS網格融合功能設計用于處理大型系統，用戶就無需再為獲得可靠的仿真結果而做出妥協。所有這些進步，加上HPC和云計算的發展，都為高頻電磁仿真開辟了新的前沿！

在這種需求下，CST電磁和多物理場仿真是不可或缺的。在虛擬環境中驗證汽車雷達設計。研究各類傳感器集成到車輛中時的性能影響，在實際原型準備好之前模擬現實條件進行仿真分析，有助于在產品開發階段盡早納入設計變更并節省成本。 在下圖我們可以簡單對比仿真是如何為企業節約時間和成本的： CST能做到什么？

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

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。

高頻測量和測試儀器：在實驗室和工業環境中，波導轉換器可以用于連接不同類型的測試儀器，以進行高頻測量和測試。針對不同的波導轉換器類型，都可建立與之對應的仿真APP，將分析過程進行封裝，實現產品性能的快速分析，完成產品的尺寸設計。有了仿真APP的協助，工程師不再需要進行繁瑣的建模與分析操作，也不需要過多關注分析原理和計算過程，就可以完成電磁性能符合要求的產品結構設計。

總的說來，這篇專利繞過TSV實現3D封裝，是很好的設計方案，不過對設計有許多要求。 以上的種種要求，都需要仿真去校核與驗證。比如SI和PI問題，是需要用電磁分析軟件來輔助設計（比如高速信號用HFSS，PI問題用SIwave），才能保證信號損耗以及阻抗匹配，保證電源的阻抗在需求范圍內。散熱也有熱設計軟件（比如ICEPAK），通過計算導熱熱阻等，獲得芯片結溫，確保芯片不會過熱。

電磁仿真已廣泛應用于有線與無線通信、衛星、雷達、半導體與微波集成電路、計算機、汽車、航空航天等等領域，從毫米波電路，射頻電路封裝設計驗證，到 PCB 板，天線設計等等。電磁仿真計算在民用與軍用領域的系統設計及仿真預測等方面都發揮著越來越重要的作用。達索系統于 2016 年先后收購德國電磁軟件 CST，及英國電磁及多物理場仿真軟件 Opera。

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。

CST微波工作室是專門用于高頻領域電磁分析和設計的軟件，它是一款無源微波器件和天線的仿真軟件，可以仿真耦合器、濾波器、環流器、隔離器、諧振腔、平面結構、連接器、電磁兼容、IC封裝、各類天線以及天線陣列，能夠給出S參數、天線方向圖、增益等結果MICROWAVE STUDIO使用簡潔，能為用戶的高頻設計提供直觀的電磁特性。

Training Information 課程名稱 電磁閥設計與仿真

Ansys HFSS 3D電磁（EM）仿真使設計人員能夠對高頻電子產品進行建模，如：天線、天線陣列、射頻（RF）或微波組件、高速互連、濾波器、連接器、集成芯片（IC）封裝與印刷電路板 HFSS有兩種模式：3D模式和3D Layout模式，后者非常適合處理分層電路板幾何結構問題或高速組件（如IC封裝、片上嵌入式無源組件和PCB互連）的布局問題。

該軟件能夠實現復雜電磁系統的快速、全耦合仿真。此前是在AnsysHFSS 2021 R1版本中推出了HFSS網格融合功能，幫助工程師將集成電路（IC）、封裝、連接器、印刷電路板、天線和平臺整合在統一的Ansys HFSS設計中，以預測電磁耦合作用。HFSS網格融合功能通過在組件級應用先進的網絡技術，突破了以往諸多瓶頸，同時還可以實現計算機多核、計算機集群并行運行或在Ansys Cloud中運行。

求解較為苛刻的高頻仿真問題時，所有的HFSS求解器可配置高性能計算（HPC）技術，如區域分解法和分布式求解，高性能計算可減少計算時間，有效利用計算機資源來加速求解電大尺寸問題。 （圖片來源Ansys網站） --------電源完整性及信號完整性分析工具--------◆ OptimizePI 應用Sigrity的電磁分析和優化算法可以使IC封裝PDS網絡的性能或成本達到最優。

為什么要了解一點電磁場仿真原理1）會增強我們對仿真結果的信心。作為一個好的電路設計者，當把電路和模型送進仿真器時，我們應該知道仿真器在做些什么。比如說SP仿真，我們知道它會先對直流電壓電流列基爾霍夫方程，求解矩陣得到直流工作點，在直流工作點的基礎上線性化，然后添加單頻輸入信號求解輸出信號，因此我們不會試圖使用SP仿真來觀察電路的大信號特性。

本文以一個功率為1kW的典型微波爐為例，介紹微波爐多物理場仿真APP的制作方法，并基于仿真APP對不同食物材料參數、不同食物大小、不同加熱時長結果進行對比和評估，揭示微波爐加熱過程中的多物理場耦合過程。1、仿真流程搭建1）新建高頻電磁－熱耦合多場仿真工程。圖2 新建多物理場工程界面2）參數化建模。建立微波爐和食物模型，將其關鍵設計尺寸參數化。