从芯片到船舶，用HFSS解决所有问题

随着Ansys HFSS网格融合在Ansys 2021 R1我想起了20多年前我第一次使用HFSS时的惊奇。在我看来，HFSS Mesh Fusion是自HFSS以来发生在HFSS上的最大的事情。我之所以这么说，是因为它将允许HFSS网格化并解决比我想象的更复杂的设计。

我第一次使用基于1999年，他在加州一家天线初创公司工作时模拟了蓝牙、Wi-Fi和移动天线。我当时的反应是:“我这辈子你都去哪了?”我对HFSS所能提供的准确性和洞察力感到非常惊讶。

Ansys HFSS Mesh Fusion实现pcb仿真;
组件和大型系统

在HFSS之前，了解天线如何工作需要时间、金钱和资源密集的测量技术，这些技术只能提供有关电磁场的间接信息。但是有了HFSS，我就能看到电磁场，看到从天线发射的波。在实验室中很难提取，额外的电磁洞察加速了我们的设计过程。而且，由于自动自适应网格划分，精度几乎令人难以置信。我记得我分析了一个蓝牙天线的远场模式，用红色绘制测量数据，用蓝色绘制HFSS结果，结果是一条紫色的线。后来，我对HFSS有了很大的信心，我在2001年加入了安软，从那里开始，Ansys在2008年收购了这家公司。

在随后的几年里，我们看到Ansys HFSS的所有增强功能，如新的接口和新的求解器技术，令人着迷。市场不断要求HFSS具备更大更快的仿真能力，2008年引入的domain decomposition method (DDM)给我留下了特别深刻的印象。DDM是一种突破性的求解器技术，它使用网格划分将模拟分布到多个(包括网络)核和内存中进行求解更大更复杂的问题，使HFSS模拟能力按数量级扩大。2014年，分布式存储矩阵(DMM)求解提供了矩阵分区求解器，它具有直接矩阵求解器的低噪声本底和多激励效率，但具有分布式内核和内存。

用云计算解决复杂性挑战

在随后的几年里，其他高性能计算(HPC)技术，如多级HPC，使HFSS能够利用更多的内核、处理器和节点。最近，在2019年，HFSS启用了Ansys云在Microsoft Azure上，为HFSS用户提供了几乎无限的计算能力，以解决最复杂和最具挑战性的问题。HFSS最近取得了容量里程碑通过解决整个射频集成电路(RFIC)前端使用Ansys Cloud的计算能力。利用Ansys Cloud的计算资源，以接近1亿的矩阵大小模拟该设计是这些求解器进步的顶峰，并证明了HFSS解决超大和复杂设计的能力。

容易网格和绘图场的任何大型复杂的电磁系统
与Ansys HFSS，如无人机的封装，PCB，电缆和天线

更短的产品生命周期，增加的产品功能，以及更高的数据速率和频率，使工程师不断向市场交付产品变得更加困难。与我在1999年模拟的蓝牙天线相比，设计已经有了很大的进步，HFSS用户分析的设计与整个256个元素的5G毫米波(mmWave)阵列天线一样全面。最重要的驱动因素是使用HFSS来解决更复杂的电磁系统，如封装中的集成电路(ic)，包括外壳内电容式传感器阵列的触摸面板显示以及多天线船载共址分析等更大的系统。

识别模拟中的网格缩放挑战

当然，对更大、更好、更快的追求总是给网格划分和求解带来挑战。HFSS用户正在不断推动可能的网格和解决方案的极限，例如平板电脑中的5G毫米波无线模块或具有多个印刷电路板(pcb)(包括连接器和电缆)的复杂系统的电磁干扰/兼容性(EMI/EMC)研究。这些大型电磁系统的网格划分更加困难，因为几何结构非常复杂，特征尺寸跨越数量级。

Ansys HFSS使您能够求解和绘制复杂软件包的字段，
PCB，连接器和电缆系统

设计初始网格的生成是HFSS有限元法中最具技术挑战性的方面之一。在生成FEM网格时，设计几何的多个方面都起作用，例如它是否是像PCB这样的分层结构;或更多3D类同轴连接器、电缆或外壳;或平台，如飞机或汽车。HFSS具有多种网格技术，可最佳地解决各种设计类型。例如，几何感知的HFSS Phi网格有效地处理了PCB、封装和IC设计中的分层结构，但对于任何给定的设计，它总是一个网格适合所有的约束。如果设计由多种“类型”组成，例如PCB上的连接器与附加电缆，则实现初始网格可能具有挑战性。

几何比例提出了另一个挑战。随着今天更高的频率含量，忽略集成电路与其封装的EM耦合不能再被安全忽略。但在这种复杂的EM系统中，几何细节的尺度从微米到毫米，对网格公差提出了挑战。创建一个在多种类型的设计中按数量级扩展特征尺寸的有限元网格，同时在任何地方保持几何形状的忠实表示，这是极具挑战性的，也是工程仿真的障碍。

网格融合:多个网格，相同的设计，相同的可靠性

为了解决这些网格挑战，Ansys 2021 R1引入了一个新功能:Ansys HFSS网格融合。HFSS Mesh Fusion的专利技术使更复杂的设计能够以Ansys HFSS相同的严谨性，准确性和可靠性进行模拟。它通过在相同的设计中应用适合局部几何形状的目标网格技术来实现这一点。

一个模拟大型矿井电磁(EM)发射的例子
系统:一个触摸屏电视面板在一个电磁干扰室。

在前面的带有连接器和电缆的PCB示例中，Phi网格技术可以应用于PCB，连接器和电缆使用3d优化的TAU网格。另外一个优点是不同的网格划分技术可以利用高性能计算资源并行运行。HFSS Mesh Fusion的另一个优点是，网格技术是局部应用的，组件的网格公差由其尺寸定义，而不是由整个EM系统的尺寸定义。

HFSS Mesh Fusion继续使用与以前相同的“电磁感知”自适应网格技术，而不会影响精度，因为每个自适应网格步骤和频率扫描中的每个点都解决了完全耦合的电磁矩阵。

HFSS Mesh Fusion为解决更复杂和全面的EM系统开辟了新的可能性。结合DMM先进的弹性硬件求解器技术和使用Ansys Cloud进行硬件访问的选项(从芯片到船舶)，HFSS和新的HFSS Mesh Fusion技术可以解决的挑战几乎没有限制。

了解更多关于Ansys HFSS网格融合在这个网络研讨会上。