HFSS软件从发布以来,经历了三十多年的发展,十几个大版本的更迭,已经形成了三维全波电磁场仿真领域的行业标尺工具,具有精度高,效率高,应用范围广的诸多优点。
这里将HFSS软件从v13版本(2010年底发布)开始,到最新的版本ANSYS 2019R3版本(2019年9月发布)为止的重要新功能进行了简要罗列和总结,供新版本升级以及仿真技术的调研和学习参考。
ANSYS R14.5版本对应HFSS V15.0;ANSYS R14.0版本对应HFSS V14.0.
对上个版本的有限大阵列算法进一步优化改进,提供了IE边界的支持,内存进一步缩减,效率提升。
可实现将大量的扫频计算分布到多台计算机上完成,大幅提升扫频计算的效率。
IE Region可进一步缩减IE区域的计算量,使得求解问题进一步缩小,并且可支持与FEBI区域有交叠,而不破坏结构的电流连续性,从而保证求解精度。
该版本中,增加了全波电磁场与热、应力闭环耦合仿真功能。
多物理场仿真功能中,HFSS与Mechanical可构成闭环耦合环境,完成电磁与热,热与结构,结构与电磁场的双向耦合仿真,解决了以前版本,从结构到电磁耦合不能自动完成的问题。
矩阵求解是HFSS计算过程中消耗资源最多的一部分,在Solver Profile中,表现为最多的内存和时间消耗,HFSS 15中,HPC 带来了全新的多核矩阵求解器,相比传统的MP求解器,可获得大幅的纯计算效率提升,并且具有更好的可扩展性。
DDM算法将FEM算法扩展到分布式内存环境,将FEM算法的能力提升到一个前所未有的层面,可利用DDM,解决以前的硬件系统上无法想象的问题。该版本对DDM的核心算法进行了改进,内核效率大幅提升。
IE算法核心精心设计和改进,迭代收敛次数大幅降低,效率大幅提升。
HFSS-IE | Num Iterations | Memory (GB) | Time |
V14 | 1629 | 49.1 | 9:24:28 |
V15 | 781 | 54.2 | 6:47:03 |
HFSS 15.0在有限大阵列算法上做了极大的改进和功能增强,计算效率提升明显,且增加了几项重大新功能,如增加了整列蒙版功能,可灵活设计和仿真各种稀疏阵列,异形阵列。增加了合成激励,对大规模阵列求解,可极大的减少计算资源和计算时间,甚至可加速数十倍。采用MPI作为通信协议,提高通信效率,获得70%的效率提升。
不再要求FEM与MoM区域的物理分离,可分析直接耦合的混合区域问题,可以任意布局FEM和MoM域。
单频点提取改进,改进并行频点提取,效率大幅提升。
HFSS12: 对端口求解采用扩展精度的单元。允许求解更低频率。
HFSS 13: 考虑更低频段的表面阻抗,考虑导体的有限尺寸
HFSS 14: 低频端采用对数方式,插值扫频强制无源性。
HFSS 15: 插值扫频数据加入因果性基本矢量。
在部件参数抽取中加入“理想回流路径”,例: 螺旋电感的寄生电感值抽取,无需在模型中加入物理回流路径。
HFSS集成到Workbench环境中,可与Mechanical协同完成多物理场仿真过程。
设计报告文档可保存为html或pdf格式
一般应用特定输出的定制化脚本,自动设置、求解及后处理。
通过Optimetrics调用MATLAB优化器,需要安装 MATLAB。
通过桌面GUI提交作业,与SGE、LSF集成,通过桌面GUI监视或取消作业。
存档桌面工程数据,包括外部参考文件和结果,帮助桌面工程数据交互,通过上传存档与EKM集成。
基于父子关系的区域分解法,提供了有限大阵列加速算法。功能包括:(1)通过单元模型和指定阵列拓扑快速完成阵列建模;(2)网格复用功能;(3)利用单元间数据的相似性,通过矩阵冗余技术迭代,快速高效获得阵列解。内存耗费、时间耗费大大减少。
新的混合算法。在同一个模型里面,可以同时存在“有限元求解区域”,“FEBI边界”,“金属IE求解区域”, “介质IE求解区域”。有限元区域可以使用区域分解法进行并行仿真,分离的IE求解域可分配到不同的计算节点上进行并行计算。
HFSS-IE求解大规模问题能力的增强。HFSS-IE增加基于MPI的分布式并行求解能力;增加了物理光学(PO)算法,快速高效求解电大尺寸平滑物体。
时域法求解器的改进。HFSS-Transient是基于间断伽略金有限元法的时域法求解器,支持共形的非均匀四面体网格和自适应网格加密技术。14版中的HFSS-Transient支持频变材料、并可设置各个端口的幅度和延迟,允许编辑源、指定TDR的延迟、处理无源端口的S参数。
模型传递代替文件传输。传统设计中,HFSS导入的模型是中间文件格式,如SAT,IGES,或STEP等格式,这会使得模型变形或者不干净,建模过程中的参数丢失,模型无法再更改;HFSS14将可以实现模型传递,直接读取AutoCAD,Catia v4 & v5,Creo Elements/Direct (CoCreate),Creo Parametric (Pro/Engineer),Inventor,JTOpen,NX,Sold Edge,SolidWorks,TeamCenter Engineering等的模型,并包括模型的参数,使得模型干净,并容易更改。
可通过ANSYS Workbench实现与第三方MCAD软件间的参数化模型导入。Ansoft与ANSYS模型(结构、材料等)信息可以无缝共用,方便的实现多物理场耦合仿真。可共用的模型为:AutoCAD,Catia v4 & v5,Creo Elements/Direct (CoCreate),Creo Parametric (Pro/Engineer),Inventor,JTOpen,NX,Sold Edge,SolidWorks,TeamCenter Engineering等。
仅保存辐射场数据。对于天线等辐射问题,软件可以选择仅保存辐射场,可以显著的减少磁盘空间的耗费。大型模型耗费的磁盘空间可降低到HFSS13的磁盘空间的1/10。
导入导出激励幅相文件。对于多端口的激励问题,HFSS可以方便的读入各个端口的激励幅相文件,也可以方便的导出激励幅相到文件中。
建模功能的增加。新的建模功能支持64位图形用户界面,可以更加灵活的选择视图角度,并具有更快的模型读取速度,更快的实体建模速度;选择复杂对象时,具有更快的响应速度。
高性能计算功能增强:集群计算机安装功能。
注册表配置功能
IronPython脚本编程功能