逻辑思维: Ansys HFSS 2021 R1版本中的两大最佳功能

本文首发于Ansys中国知乎机构号：《一文解读Ansys HFSS 2021新版本TOP2最佳功能》

在Ansys HFSS 2021 R1版本中推出了全新的电磁学仿真。Ansys首席产品经理Matt Commens更是称之为：“自20世纪90年代 HFSS软件推出以来的最佳版本。” 综合看来， Ansys HFSS 2021 R1版本主要亮点如下：

• 全新的HFSS网格融合技术，能够以最佳的效率精度和可扩展性完成过去无法实现的大型电磁系统仿真

• 支持在印刷电路板（PCB）、芯片封装和IC设计仿真中使用HFSS 3D Layout的加密3D组件技术，使供应商能共享详细的3D组件设计，实现高精度仿真

HFSS 2021 R1版推出了HFSS网格融合技术，提供了目前罕有、极为先进的并行网格剖分能力，实现对大型电磁系统进行快速仿真。诸如5G毫米波天线阵列、IC-封装-PCB-连接器总成、电磁干扰（EMI）暗室中的显示器、飞机上的天线等极大型复杂系统，都需要开展大规模电磁仿真。

大型电磁系统实例

HFSS网格融合功能可以针对性地解决客户面临的两大工程挑战：电磁全系统仿真与高精度要求。

生成例如带封装的芯片或平台上的天线这类复杂系统的网格，是一个艰巨的挑战，尤其是几何结构细节具有巨大尺度差异时。对大型复杂设计开展全耦合电磁仿真，也是电磁仿真研究中的一个长期难点。

在过去，仿真完整复杂设计的其中一种方法是先仿真单个组件，然后将仿真结果进行整合。但是，这种仿真方法已被证明过程容易出错，且仿真精度较低。由于采用的是分而治之的方法，大量有关系统如何在实际中运作的信息会丢失，这就导致只可能采用保守的设计，并且不得不牺牲设计性能。

如今，客户需要强大的仿真功能来仿真最大型最复杂的电磁系统。他们需要新的网格划分方法，以便开展局部网格剖分和并行网格剖分，这样，才能在大规模仿真中进行求解，并且由此捕获所有相关的电磁效应。

当前产品需要突破性的网格剖分技术才能实现快速创新，HFSS网格融合功能应运而生。

使用上述网格融合功能，可以实现在统一的全耦合电磁矩阵中对完整系统开展网格剖分，无需逐一对单独组件进行仿真，还能助力客户整合系统的多个组件，例如带封装的芯片或平台上的天线。在过去，用户不得不忽略组件之间的耦合效应，直接将结果进行整合，如今在电磁系统分析中可以使用HFSS网格融合功能，设计就不再受限，实现更高的复杂性。

HFSS网格融合功能演示

Ansys HFSS 2021 R1版的第二项重大功能是，能在HFSS 3D Layout中使用HFSS加密3D组件开展仿真。这项功能能够通过现成的3D组件模型来仿真割裂部件或组件，例如天线、射频连接器或是芯片电容器等表面安装器件。这些组件部分是来自内部生成的设计，有的是可以重复使用的模型，或是通过与第三方（如厂商或客户）合作创建的组件。

加密3D组件有助于缓解企业在知识产权（IP）保护方面的忧虑。当企业在与他们的客户共享组件设计时，保护IP至关重要。因此，能安全放心地共享企业组件设计相当关键。

能够加密的HFSS 3D组件，意味着无需在精度上妥协。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。

在产品研发过程中如果没有使用3D组件，可能只有采用较保守的设计规则，器件性能方面也不得不妥协。同时，用户也不敢轻易采用未考虑一体化设计中真实耦合效应的组件。

如今，客户需要在基于PCB、IC封装和IC的系统中使用3D组件，因此，在分层设计中企业必须采用经过优化的工作流程，才能为其客户提供组件或者根据需要重复使用组件。厂商组件的内部细节必须保密，但同时应能直接用于仿真客户的完整系统设计。可见，必须有一种能够创建加密3D组件并与厂商和客户共同协作的简便方法。HFSS 2021 R1能提供满足这样条件的3D组件工作流程。

借助HFSS 3D Layout可以加密和重复使用3D组件，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。

这可以让厂商的潜在客户在完整系统设计种使用加密的3D组件，既让终端客户能够充分考虑组件集成后的耦合效应，提高了结果有效性的置信度，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。

设计中的Quick 3D Layout