Ansys高频电磁应用领域及案例（中篇）

HFSS软件针对现代相控阵天线的设计需求，提供了从模块到整机系统的设计平台，可实现电磁场一电路一电磁场的闭环仿真，有效地帮助工程师攻克相控阵天线在系统集成方面的设计难题。

阵面设计

单元法：Floquet端口配合周期性边界对周期性结构进行电磁分析的方法称为单元法，可作为相控阵设计中，评估阵中单元性能的有效方法，它不仅能快速发现阵列的扫描盲区，还能提供多种分析手段，帮助设计者对扫描盲区的产生原因做出准确的判断。

有限大阵(Finite ArrayDDM)：是HFSS独有的一种基于单元法模型和区域分解法的高效大规模阵列天线仿真方法。这种方法与全阵建模求解同样精确，并且建模求解都更加快速。

三维部件有限大阵(3DComp DDM)：基于三维部件的有限大阵列仿真方法是Anys HFSS 2019 R3中新引入的一种的基于迭代域分解的阵列仿真技术，可用于对具有不相同单元的有限周期结构进行建模仿真。

阵列与前端馈电系统协同设计

HFSS场路协同仿真方法通过电路和电磁场的动态链接与激励推送，可以实现在电路仿真器中，将天线模型与馈电网络仿真结合起来协同设计，仿真并优化驻波特性，进行匹配设计。这样，不仅可以大大提高设计效率，充分考虑结构中的电磁场细节，直接获得整个馈电系统优化的性能指标，而且避免了在设计中对单个部件过高的指标要求，可以方便地获得整个系统最优化的性能。

利用HFSS场路协同设计功能，将周期性边界条件仿真的阵中单元特性与馈电网络在Circuit中组装在一起，考虑天线单元之间的耦合特性和馈电网络的寄生效应情况下，进行匹配设计馈电网络和阵列天线的协同仿真。将HFSS仿真得到的整个天线阵模型，在Circuit中调用，将整个天线阵，辐射单元，馈电网络、移相器、功率放大器、双工器、开关、衰减器、波束控制等各个部分组装在一起，研究天线阵的整体性能，进行系统级优化设计，考虑各种耦合、寄生效应以及非线性效应从而方便研究整个有源相控阵的综合性能。

与环境集成 (天线罩/载体/环境)

在Ansys HFSS中，HFSS传统算法与SBR+(弹跳射线法实现了完美融合，可通过射线方法和混合求解技术实现跨尺度的电磁场问题计算，快速评估分析电大尺寸场景下的各种问题

AiP天线设计

Aip天线通常采用叠层结构进行设计，在HFSS中可以方便地进行3D叠层结构建模，软件独有的自适应网格剖分技术保证了毫米波频段天线的仿真精度。

天线敏感度分析：毫米波频段天线对制造公差要求严格，在HFSS中采用伴随求导功能，来研究天线设计中贴片尺寸变化(加工公差)和材料属性变化的影响。

天线罩影响仿真分析：毫米波频段电磁波具传输路径损耗大的特性，终端的外壳结构件对毫米波天线的影响不容忽视。

天线布局：为了减少对人体对Aip天线的影响，终端内会存在多个Aip天线模块，以达到更好的天线覆盖布局。

累积分布函数(CDF)：天线阵列的累积分布函数(CDF)统计分析，在HFSS的后期处理模块中内嵌有CDF工具，用于自动提取具有多个权重的天线阵列的CDF曲线。

后处理功能计算PowerDensity 数值：HFSS通过后处理就可以计算出不同端口激励模式下的远场方向图，而且可以选择仅生成特定源组的特殊输出结果，方便用作特定远场图中的使用场景，如:为定义激励源组的5G MIMO子阵列的分离远场图。

Ansys HFSS中支持非求解区域的近场磁场和坡印廷场的绘制图及输出，如用于5G功率密度计算的坡印廷场输出

Sub-6G

面对多频段，宽频带的天线设计要求，HFSS中提供了基于自适应网格剖分技术的宽频带网格剖分技术，根据所有频点上的场细化网格，得到多个频点网格收敛结果，从而保证多频段、宽频带天线的计算精度。

伴随求导：对于多天线形态、多参数的需求，HFSS提供快速优化功能伴随求导，伴随求导功能可以快速获取敏感参数，以及最优参数结果，支持对SYZ参数、远场方向图、3D方向图实时调谐。

场路协同：场路协同将天线3D模型与2D电路原理图动态结合，实现天线与匹配网络阻抗匹配，并且可导入厂商器件库，实现精确化仿真。

MIMO相关系数计算：MIMO天线系统中的相关性系数，可以在HFSS中的MIMO工具箱中计算结果。

全模型装配-ECAD+MCAD 网格装配：HFSS 3D layout 中可以实现PCB模型与结构CAD模型整体网格装配技术。

-考虑PCB模型与MCAD模型装配影响：

3D components模型装配：HFSS中可以很方便的使用3Dcomponent模型将人体模型与设备模型进行装配仿真，从而得到人体对RF天线性能的影响。

车载毫米波雷达的探测精度，主要与毫米波天线的波束宽度、波束指向、相控扫描、接收机灵敏度等相关。这样一来，就给车载毫米波雷达的设计、安装、调试，带来了非常大的挑战。

雷达天线设计

Aip天线通常采用叠层结构进行设计，在HFSS中可以方便的进行3D叠层结构建模，软件独有的自适应网格剖分技术保证了毫米波频段天线的仿真精度。

雷达布局分析

毫米波天线性能优良，要保证毫米波天线的电性能，除了天线本身及天线罩的设计加工等，还要保证雷达装载之后的影响，控制在可允许范围内。这就是天线布局分析的原因所在，也是保证毫米波性能指标、尤其是波束指向精度可控的必要条件。

场景分析

HFSS软件中增加了一种“SBR+”的Solution type，专门用于大场景级的电磁仿真，针对无人驾驶汽车的车载毫米波雷达设计，提供动态的场景级的雷达传感器数据获取，并支持距离多谱勒场景成像。