Ansys HFSS—高频电磁场仿真

一、概览

1. 适用于RF和无线设计的3D电磁场仿真工具

Ansys HFSS是一款3D电磁（EM）仿真软件，用于设计和仿真高频电子产品，如：天线、天线阵列、射频或微波组件、高速互连、滤波器、连接器、IC封装与印刷电路板。世界各地的工程师使用Ansys HFSS软件设计通信系统、高级驾驶辅助系统（ADAS）、卫星和物联网（IoT）产品的高频、高速电子设备。

2. 规格快览

HFSS领先的求解规模以及高精度使工程师能够解决大多数复杂系统的射频、微波、IC、PCB和EMI问题。(仅适用于Electronics Enterprise)

二、功能

Ansys HFSS仿真套件包含一系列综合全面的求解器，可解决从无源IC组件到超大规模电磁分析（如ADAS系统的汽车雷达场景）的各种详细的电磁问题。其可靠的自动自适应网格加密技术让您可以专注于设计，而无需花时间确定和创建最佳网格。这种自动化和可靠的准确性使HFSS有别于其它电磁仿真器，因为后者需要手动用户控制和应用多种方法才能确保生成合适、准确的网格。

1. 主要特性

HFSS是用于研发和虚拟设计原型构建的高级电磁工具。它可以缩短设计周期并提高产品的可靠性和性能。

l  EMI/EMC分析：Ansys Electronics Desktop使工程师能够轻松地将Ansys电磁3D和2.5D场求解器卓越的精度与Ansys RF option中强大的电路级和系统级解决方案相结合，以便在设计周期中尽早诊断、隔离和消除EMI和射频干扰( RFI)。

用户可以利用Electronics Desktop中的无缝工作流程（包括高级电磁场求解器），并将它们动态链接到电源电路仿真器，以预测电气设备的EMI/EMC性能。这些集成式工作流程可避免重复的设计迭代和昂贵的周期性EMC认证测试。多个EM求解器以及Electronics Desktop中的电路仿真器‌旨在解决各种电磁问题，可帮助工程师评估其电气设备的整体性能并创建无干扰设计。这些不同的问题包括：辐射和传导、敏感度、串扰、RF灵敏度劣化、RF共存、共址、静电放电、电快速瞬变脉冲群（EFT）、雷击效应、高强度场（HIRF）、辐射危害（RADHAZ）、电磁环境效应（EEE）、电磁脉冲（EMP）、屏蔽效能和其它EMC应用。

l  复杂环境中的射频干扰（RFI）：EMIT与Ansys HFSS紧密配合，将射频系统干扰分析与业界领先的电磁仿真相结合，能够对已安装的天线间耦合模型进行建模。上述完整解决方案，能够可靠地预测多天线环境(具有多个发射器和接收器)中的RFI影响。

EMIT强大的分析引擎可以计算所有重要的RF组合，包括非线性系统组件影响。众所周知，在测试环境中诊断复杂环境内的RFI非常困难而且成本高昂，但是，利用EMIT的动态链接结果视图，就可以通过图形化信号跟踪和诊断总结功能，显示干扰信号的源头以及其到达接收器的路径，从而快速确定任何干扰的根源。一旦找到干扰原因，EMIT就能快速评估各种RFI缓解措施，从而实现最优解决方案。新的HFSS/EMIT数据链接，实现了在EMIT中直接通过HFSS的3D天线物理模型创建供RFI分析的模型，从而为完整RFI解决方案实现无缝的端对端工作流程，适用于从大平台共址干扰到电子设备接收灵敏度劣化等不同的射频环境。

l  安装天线和射频共址分析：在Ansys HFSS中，工程师可以通过先进的单元仿真能力来评估包含所有电磁效应(包括互耦、阵列晶格定义、有限阵列边缘效应、哑单元和空白单元)的无限和有限相控阵列天线。

合格的阵列设计可检验任何波束扫描条件下的各单元输入阻抗。相控阵列天线可以基于任何扫描条件下匹配单元（无源或驱动）的远场和近场方向图，针对单元、子阵列或完整阵列级别的性能进行优化。无限阵列建模包括放置在单元内的一个或多个天线元件。该单元包含周围壁面上的周期性边界条件以产生镜像场，从而创建无限数量的单元。它可以计算单元扫描阻抗和嵌入式单元辐射方向图，包括所有互耦效应。该方法，对于预测在某些阵列波束控制条件下可能出现的阵列扫描盲区尤其有价值。有限阵列仿真技术，利用基于单元的域分解技术来求解有限大阵列的快速解决方案。该技术可以执行完整的阵列分析，以预测所有互耦、扫描阻抗、单元方向图、阵列方向图和阵列边缘效应。

l  射频系统和电路分析：当HFSS、电路和射频系统仿真技术相结合时，它可为射频、EMI/EMC和其它应用创建端到端的高性能工作流程。

其包含EMIT，这是一种独特的多保真度方法，可用于预测具有多个干扰源的复杂射频环境中的射频系统性能。此外，EMIT还可提供所需的诊断工具，用于快速识别RFI问题的根源，并在设计周期中尽早解决问题。

l  信号和电源完整性分析：当与HFSS结合使用时，SI电路求解器可用于分析由PCB、电子封装、连接器和其他复杂电子互连中的时序和噪声容限缩小引起的信号完整性、电源完整性和EMI问题。

带有SI电路求解器的HFSS可以处理复杂的现代互连设计，从die-to-die，到IC、封装、连接器和PCB均可覆盖。通过利用与强大的电路和系统仿真器动态链接的HFSS高级电磁场仿真功能，工程师可以在构建硬件原型之前就了解高速电子产品的性能。

l  加密的3D组件：凭借HFSS 3D Layout中的3D组件加密功能，企业可以共享其详细的组件设计(连接器、天线、SMD芯片电容器)，而无需担心几何结构和材料属性等IP信息外泄。

能够加密的HFSS 3D组件，意味着无需牺牲精度。设计师不用再被迫用电路级组件（例如S参数模型）替代真实的3D模型，让总体仿真精度受影响。这可以让厂商的潜在客户在完整系统设计中使用加密的3D组件，既让终端客户能够充分考虑集成后的耦合效应，提高了结果有效性置信度，又能保护厂商的设计IP。此外，HFSS和自适应网格实现了黄金标准精度，为加密的3D组件提供完整、未受损的高仿真精度。

l  微放电：微放电分析使HFSS功能进一步增强，它可解决由真空高电场导致的击穿的电子现象，从而增强了面向航空航天应用和5G卫星的解决方案。

HFSS微放电求解器基于有限元单元内粒子（PIC）方法。HFSS的微放电分析是对频域场求解数据的后处理。只需几个步骤即可设置带电粒子仿真的激励和边界条件，您可以检查您的设计是否符合防止微放电击穿的标准。