ANSYS天线与无线仿真设计流程介绍课件

全面改善和提升的天线与无线仿真设计流程全面改善和提升的天线与无线仿真设计流程建模、前建模、前处理理天线库工具箱自建模型库导入模型修复设置、求解置、求解算法求解器选择边界、激励、网格HPC 设置与使用参参扫、优化化多参数并行扫描快速敏感度分析优化分析设计后后处理理曲线、场图查看特殊后处理自动报告生成可穿戴设备天线反射面天线阵列天线天线罩天馈系统天线布局天线RCS天线多物理场典型典型应用解决方案用解决方案改善的天改善的天线仿真流程仿真流程建模、前处理天线库工具箱自建模型库导入模型修复设置、求解算法建模、前处理HFSS 内嵌天内嵌天线工具箱工具箱 ATK3D Component 自建模型自建模型库SpaceClaim 复复杂模型模型处理理建模、前处理HFSS 内嵌天线工具箱 ATKHFSS 内嵌天线工具箱 Antenna Toolkit New in R17 集成在 ANSYS Electronics Desktop 之中随软件一同安装选择天线拓扑选择工作频率天线综合仿真求解种类将不断扩充HFSS 内嵌天线工具箱 Antenna Toolkit N3D Components 自建模型库3D Components保存并复用设计与同事、供应商共享包含几何结构材料属性边界条件激励类型HFSS 已内嵌了几十种已内嵌了几十种 3D Component用用户可随意添加，构成自己的可随意添加，构成自己的库3D Components 自建模型库3D Componen3D Component:隐藏内容设置New in R17隐藏内容藏内容Component 创建建时定定义哪些物体可哪些物体可见或或隐藏，并被加密保藏，并被加密保护3D Component:隐藏内容设置New in R17模型/网格装配装配模型也可用于网格剖分每个三维器件会进行独立的网格剖分从而避免了边宽比过大的问题 最终会重新组装生成全三维的共形网格组装部件组装模型分解视图器件库-方便的重用-增加/交换用以建立快速模型布局/对比模型/网格装配装配模型也可用于网格剖分组装部件组装模型分解SpaceClaim 直接建模及模型导入、简化、修复、导出最快速、最易用的仿真几何模型预处理软件HFSS 与与 SpaceClaim 直接直接链接接 New in R17快速精精简、修复、修复、简化化模型，实现更快、更成功的仿真可兼容各类CAD工具及数据格式，导入与导出直接生成用于加工的标准化2D、3D标注图纸SpaceClaim 直接建模及模型导入、简化、修复、导出最设置、求解最新最新扩充的充的电磁仿真体系磁仿真体系全新的全新的 FEM-IE-PO 混合算法混合算法更便捷的更便捷的边界、网格界、网格设置置更高效的更高效的 HPC 设置与使用置与使用设置、求解最新扩充的电磁仿真体系最全面的算法体系、最强大的算法技术FEM-IE-PO 混合算法混合算法New in R17FE-BIIE RegionPODielectric PODielectric IE RegionDielectric Cavity最全面的算法体系、最强大的算法技术FEM-IE-PO 混合算混合算法求解案例:FSS 卡塞格伦天线IE RegionPO RegionFE-BI工作工作频段：段：K 波段馈源天源天线：圆极化波纹喇叭馈源主反射面：主反射面：直径2700mm，200波长次反射面：次反射面：直径530mm，40波长，FSS边框宽仅0.3mm混合算法求解案例:FSS 卡塞格伦天线IE RegionP混合算法求解案例:FSS 卡塞格伦天线FSS 网格剖分网格剖分细节求解求解时间3h 37min迭代步数迭代步数3 passes总网格量网格量62,404 Tetra+2,868,344 Tri内存消耗内存消耗144GB混合算法求解案例:FSS 卡塞格伦天线FSS 网格剖分细节Region上的上的 PML 边界界随几何改随几何改变而自而自动调整整自自动建立建立 Airbox 和和辐射射边界界增加在增加在 solution type 选项中中自动化边界条件设置New in R17Region上的 PML 边界随几何改变而自动调整自动建立 汽汽车的屏蔽效能的屏蔽效能2D 边界条件，可以高效建模：界条件，可以高效建模：薄薄导体体薄介薄介质和分和分层材料材料屏蔽壳体内的赫屏蔽壳体内的赫兹偶极子偶极子泄露 vs.频率Shell Element 壳单元New in R17汽车的屏蔽效能2D 边界条件，可以高效建模：屏蔽壳体内的赫兹R16辐射边界需要与场源同步目标的相对方向通过坐标原点和Euler角度定义不够直观，易出错R17链接场区域无需再设置辐射边界在源的基本标签栏中定义源类型通过相对坐标系定义源方向自动生成合适的源表面更加直观流畅的辐射边界和外部场链接设置New in R17R16R17流畅的辐射边界和外部场链接设置New in R1新的网格设置方式New in R17更简单的网格设置方式滑动条控制网格剖分性能提升改善初始网格剖分成功率改善曲面型网格改善 IE 的网格剖分性能传统的设置方式依然保留前例卡式天前例卡式天线主反射面主反射面设置置前例卡式天前例卡式天线FSS次反射面次反射面设置置新的网格设置方式New in R17更简单的网格设置方式前例HFSS求解技术与HPC求解算法求解算法HPC有限元法有限元法Finite Element积分方程法分方程法HFSS-IE本征模式本征模式Eigenmode时域瞬域瞬态法法HFSS-TR求解技求解技术直接法直接法Direct迭代法迭代法Iterative直接法直接法Direct迭代法迭代法Iterative混合式混合式显式式/隐式式Hybrid/Explicit/Implicit区域分解法区域分解法Domain Decomposition Methods(DDM)分布式矩分布式矩阵求解求解Distributed Matrix Solver多多线程共享内存程共享内存分布式矩分布式矩阵求解求解Distributed Matrix Solver多多线程共享内存程共享内存Multi-ThreadedShared Memory分布式激励分布式激励Distributed Excitations多多线程共享内存程共享内存Multi-ThreadedShared Memory多多线程共享内存程共享内存Multi-ThreadedShared MemoryGPU 加速加速GPU 加速加速 New in R17HFSS求解技术与HPC求解算法HPC有限元法积分方程法本征HPC 配置:自动 vs.手动HPC 配置的全自动设置仅需指明仿真用到的所有机器名，及每台机器的内核数目HPC 配置的手动设置:传统和默认设置指明机器名、每台机器的任务数和总核数选择 HPC 分布式任务类型自自动分配分配计算硬件算硬件资源源用户只需指定计算机列表、核数/计算机、%RAM/计算机由算法决定采用哪种方式分配资源最高效会根据求解器的具体需求进行不均匀任务分配HPC 配置:自动 vs.手动HPC 配置的全自动设置H远程任务提交与监控New in R17图形化任形化任务监控控Profile 和收敛信息任务进度条输出任出任务设置，配置任置，配置任务提交默提交默认选项任任务提交的提交的 UNC 通道通道存档批存档批处理理任务提交和监控 GUI远程任务提交与监控New in R17图形化任务监控输出任务参扫、优化多参数并行多参数并行扫描描快速敏感度分析快速敏感度分析优化分析化分析设计参扫、优化多参数并行扫描多层级 HPC 进一步提速和扩展:HPC+DSO层级 1分布式分布式变量量层级 2分布式内存分布式内存每个变量 32 核 DDM8 个变量顺序求解耗时:14:52:57128 核“双层级”求解,每个变量 32 核 DDM4 个变量并行求解，8个变量总耗时:3:39:38 提速 4 倍HPC 增加层级先分布式变量，然后DDM 或新的分布式直接法矩阵求解先分布式频点，然后DDM 或新的分布式直接法矩阵求解多层级 HPC 进一步提速和扩展:HPC+DSO层级 伴随求导(Derivatives)快速敏感度分析与调谐找到正确的变量值，缩短研发时间更好理解变量如何影响性能无需试验即可知道如何调整设计找到使用不满足指标部件的方法减少原型重复加工试验次数明确对输出影响最大的参数类别聚焦于有高敏感度的设计参数可让设计变得对随机变量不敏感伴随求导(Derivatives)快速敏感度分析与调谐找22远场方向图调谐 New in R17研究四个离散的几何研究四个离散的几何变量影响，如果每个量影响，如果每个变量考量考虑三个情况三个情况+10%、中、中值、-10%，那么将有，那么将有 34 共共81种种变量量组合合使用了伴随求使用了伴随求导求解，只需要求解，只需要额外增加外增加 17 min，而非，而非 81*80min调谐完成后的参数完成后的参数值可直接可直接应用于模型用于模型远场方向图调谐 New in R17S 参数模型可作为优化目标 New in R17用导入或协同仿真的 S 参数矩阵作为优化目标S 参数模型可作为优化目标 New in R17用导入或协同后处理曲曲线、场图查看看丰富的后丰富的后处理工具箱理工具箱自自动报告生成告生成后处理曲线、场图查看三单元蝶形天线阵案例在 3D 模型上叠加显示天线参数天线参数叠加显示New in R17三单元蝶形天线阵案例天线参数叠加显示New in R17天线 3D 方向图叠加显示天线 3D 方向图叠加显示天线 2D 方向图叠加显示New in R17叠加叠加显示示 2D 辐射方向射方向图天线 2D 方向图叠加显示New in R17叠加显示 2D天线 Sine 空间远场数据New in R17远场 Sine Space PlotU=sin()cos()V=sin()sin()生成 U、V 空间均匀采样的远场数据表天线 Sine 空间远场数据New in R17远场 Sin天天线工具箱工具箱实现自自动化化扫描角描角计算算阵列天线自动扫描角计算工具箱New in R17天线工具箱实现自动化扫描角计算阵列天线自动扫描角计算工具箱N定制化脚本可开发更多工具箱周期性周期性阵列列边界自界自动生成工具生成工具结果曲果曲线自自动对比工具比工具场计算器工具算器工具线缆线束、螺旋束、螺旋电感自感自动建模工具建模工具天天线口径近口径近场源源综合工具合工具相位中心相位中心计算工具算工具定制化脚本可开发更多工具箱周期性阵列边界自动生成工具结果曲线结果报告自动生成设计报告文档可保存为html或pdf格式结果报告自动生成设计报告文档可保存为html或pdf格式典型天线应用解决方案典型天线应用解决方案典型应用：可穿戴设备天线典型应用：可穿戴设备天线可穿戴设备天线解决方案900MHz2400MHz自适自适应网格剖分确保多网格剖分确保多频段天段天线求解精度求解精度多参数快速敏感度分析多参数快速敏感度分析获得最得最优性能性能SpaceClaim 可穿戴可穿戴设备建模和建模和预处理理缠绕后天后天线再再优化，与人体和化，与人体和PCB一体化仿真一体化仿真真真实噪声噪声环境分析境分析可穿戴设备天线解决方案900MHz2400MHz自适应网格剖典型应用：反射面天线典型应用：反射面天线反射面天线解决方案灵活运用灵活运用 HFSS 的混合算法的混合算法实现馈源与反射面的一体化仿真源与反射面的一体化仿真Savant 可用于反射面的快速高效可用于反射面的快速高效设计反射面天线解决方案灵活运用 HFSS 的混合算法实现馈源与典型应用：阵列天线典型应用：阵列天线阵列天线解决方案基于DDM的有限大阵列求解器:1.同样的硬件可求解更大规模阵列2.与同在HFSS中直接仿真同样精确3.采用 DDM 高效仿真大规模阵列4.便捷地由单元转换为有限大阵列阵列蒙版可定列蒙版可定义复复杂布布阵合成激励大幅加速合成激励大幅加速阵列求解列求解80 x80 Vivaldi 阵列天线24 核工作站求解核工作站求解仅需需 1h 32min端口后端口后处理理变量改量改变激励幅相激励幅相实现波束波束扫描描阵列天线解决方案基于DDM的有限大阵列求解器:阵列蒙版可定义典型应用：天线罩典型应用：天线罩天线罩仿真解决方案混合算法减少运算量，提升速度，减少混合算法减少运算量，提升速度，减少资源消耗源消耗自适自适应网格剖分保障薄网格剖分保障薄层与曲面与曲面结构的高精度求解构的高精度求解3D Component 保保护天天线模型并加速建模与仿真模型并加速建模与仿真网格复用、多参数并行高效网格复用、多参数并行高效获得罩体角度得罩体角度扫描特性描特性FSS 天天线罩从罩从单元元选型到整罩仿真的完整流程型到整罩仿真的完整流程阵列天列天线罩与天罩与天线一体化建模仿真一体化建模仿真天线罩仿真解决方案混合算法减少运算量，提升速度，减少资源消耗典型应用：天馈系统典型应用：天馈系统天馈系统场路协同仿真解决方案馈电网网络与天与天线（阵）可采用不同的建模方式）可采用不同的建模方式通通过场路路协同同实现天天馈系系统一体化仿真一体化仿真模模块化建模与全模型化建模与全模型获得一致的得一致的结果果但建模但建模难度小，度小，计算速度快算速度快2GHz35GHz70GHz仿真仿真结果果带非非线性器件的性器件的馈电网网络仿真仿真天馈系统场路协同仿真解决方案馈电网络与天线（阵）可采用不同的典型应用：天线布局典型应用：天线布局天线布局解决方案Savant 能以高精度、高效率求解大能以高精度、高效率求解大规模天模天线布局布局问题IE 机身机身FEM到到IE域的域的电流是流是连续的的HFSS 混合算法混合算法+HPC 可将天可将天线设计与布局分析完美与布局分析完美结合合天线布局解决方案Savant 能以高精度、高效率求解大规模天典型应用：天线RCSH-Plane典型应用：天线RCSH-Plane天线（阵）RCS 解决方案仅考考虑结构构项考考虑结构构项和模式和模式项的的实际情况情况实际的天线阵由于端口反射导致的模式项二次辐射对迎头方向的散射场有明显的加强HFSS 的混合算法、有限大的混合算法、有限大阵列等技列等技术同同样适用于散射适用于散射计算算天线（阵）RCS 解决方案仅考虑结构项考虑结构项和模式项的实典型应用：天线多物理场典型应用：天线多物理场HFSS中计算得到电磁损耗热求解器中导入电磁损耗并设置边界条件温度分布结构形变天线多物理场仿真解决方案ANSYS Workbench 多物理多物理场仿真仿真环境境HFSS中计算得到电磁损耗热求解器中导入电磁损耗并设置边界条THANK YOUTHANK YOU