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多年前第一次使用三高ss时的惊讶。在我看来，三高产品网融合是自三高产品以来发生在三高产品上的最大的事情。我这么说是因为它将允许HFSS网格和解决远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，模拟蓝牙、Wi-Fi和移动天线。我当时的反应是:“我这辈子你都去哪儿了?”我对HFSS所提供的准确性和洞察力感到非常惊讶。

Ansys HFSS Mesh Fusion可以模拟pcb，
组件和较大的系统

在HFSS之前，了解天线的工作原理需要耗费大量时间、金钱和资源的测量技术，而这些技术只能提供有关电磁场的间接信息。但有了HFSS，我实际上能够看到电磁场，看到从天线发射的波。在实验室中很难提取，额外的电磁洞察力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。我记得我分析了蓝牙天线的远场图，用红色标出了测量数据，用蓝色标出了HFSS结果，得到了一条紫色的线。随后，我对HFSS充满信心，于2001年加入Ansoft，并在2008年被Ansys收购，此后一路顺风顺水。

在随后的几年里，我们看到Ansys HFSS的所有增强，例如新的接口和新的求解器技术。市场对HFSS仿真能力的要求越来越大，越来越快，2008年领域分解方法(DDM)的引入给我留下了深刻的印象。DDM是一种突破性的求解器技术，它使用网格分区将模拟分布在多个(包括联网的)核和内存上进行求解更大更复杂的问题，使HFSS模拟能力按数量级扩大。然后在2014年，分布式存储矩阵(DMM)求解提供了一个矩阵分区求解器，提供了直接矩阵求解器的低噪声底限和多激励效率，但具有分布式核心和内存。

用云计算解决复杂性挑战

在随后的几年里，更多的高性能计算(HPC)技术，如多级HPC，使HFSS能够利用更多的核心、处理器和节点。最近，在2019年，HFSS被启用Ansys云在微软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最近取得了通过解决整个射频集成电路的容量里程碑(RFIC)前端采用Ansys Cloud的计算能力。利用Ansys Cloud的计算资源对该设计进行模拟，得到的矩阵大小接近1亿，这是这些求解器进步的顶峰，并展示了HFSS解决极其庞大和复杂设计的能力。

易于网格和绘制任何大型复杂电磁系统的场
用Ansys HFSS，如无人机的封装，PCB，电缆和天线

更短的产品生命周期、更丰富的产品功能、更高的数据速率和频率，不断使工程师将产品推向市场变得更加困难。从我在1999年模拟的蓝牙天线开始，设计已经有了很长的路要走，HFSS用户分析的设计全面到整个256单元5G毫米波(mmWave)阵列天线。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)，包括壳体内电容传感器阵列在内的触摸屏显示器，以及更大的系统，如多天线舰载协同分析。

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解决带来挑战。HFSS用户正在不断挑战网格和解决问题的可能性，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。在这些大规模的电磁系统中，网格划分更加困难，因为几何形状非常复杂，特征大小可以跨越多个数量级。

Ansys HFSS使您能够解决和绘制复杂包的字段，
PCB，连接器和电缆系统

设计初始网格的生成是HFSS有限元法(FEM)中最具技术挑战性的方面之一。在生成FEM网格时，设计几何结构的多个方面都会发挥作用，例如它是否是像PCB那样的分层结构;或更多的3D，如同轴连接器、电缆或外壳;平台或平台，如飞机或汽车HFSS拥有多种网格技术，可优化解决各种设计类型。例如，几何感知的HFSS Phi网格器有效地解决了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，实现初始网格可能具有挑战性。

几何尺度是另一个挑战。随着今天频率含量的提高，忽略集成电路与封装之间的电磁耦合已经不能再被安全忽视了。但在如此复杂的EM系统中，几何细节从微米到毫米，对网格公差提出了挑战。创建一个有限元网格，在多种类型的设计中扩大特征大小的数量级，同时保持所有地方的几何图形的忠实表示，这是极具挑战性的，也是工程模拟的障碍。

网格融合:多网格，相同设计，相同可靠性

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的专利技术能够以Ansys HFSS相同的严密性、准确性和可靠性来模拟更复杂的设计。它通过在相同的设计中应用目标网格技术来实现这一点，适用于局部几何结构。

一个模拟大型电磁(EM)发射的例子
系统:在电磁干扰室的触摸屏电视面板。

在前面带有连接器和电缆的PCB示例中，Phi网格划分技术可以应用于PCB，其中连接器和电缆使用3d -最优TAU网格。还有一个优点是，不同的网格技术可以使用HPC资源并行运行。HFSS网格融合的另一个优点是网格技术在局部应用，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”自适应网格划分技术，而不影响精度，因为每个自适应网格步长和频率扫描中的每个点都求解了完全耦合的电磁矩阵。

HFSS网格融合为解决更复杂和全面的电磁系统提供了新的可能性。结合DMM的先进弹性硬件求解器技术，以及使用Ansys Cloud进行硬件访问的选项(从芯片到船舶)，使用HFSS和新的HFSS Mesh Fusion技术可以解决几乎没有限制的挑战。

了解更多Ansys HFSS网格融合在本次网络研讨会中。