Ansys HFSS 2022 R1/R2新功能要点

1.1求解器性能增强  

FEM有限元求解器自动选择使用Direct/Iterative求解器，降低用户设置门槛，算法根据问题的端口数、矩阵量、网格数、网格质量和求解频率等信息自动选择应用哪种求解器，在提升仿真效率的同时尽可能减小内存的消耗。在分析复杂问题时还能应用混合的直接和迭代求解器，提升HFSS求解性能的同时保证了求解的高精度。以下对包含头模在内的手机问题求解时，使用直接法、迭代法和自动选择三种设置条件下所占的仿真资源数据对比。

用直接求解器求解多端口问题时减小内存消耗，以下案例用FEM直接法求解封装问题，新版本内存占用减少25%。

仅计算S参数求解效率增强，在扫频时通过改善S矩阵截至频率提升内存使用效率，加速求解，以下是对片上问题扫频仿真的数据对比，新版本效率提升44%。

新版本提供AMD CPU算法库，支持使用AMD CPU对直接求解器加速，HFSS求解前会自动检测计算节点使用的CPU供应商，针对AMD CPU，软件会使用专门的算法库支持并行加速。以下是并行加速效果对比，新版本使用AMD CPU算法库加速效果提升了44%～82%。    

网格融合（Mesh Fusion）功能求解效率提升，可以实现跨节点分布式矩阵求解和场恢复，提升分布式矩阵求解效率。

支持在非一致内存访问（NUMA: Non-Uniform Memory Access）机器上自动设置HPC，基于检测到的CPU槽数来确定MPI任务数，同一任务不会占用跨槽CPU。以下是Windows系统4槽计算节点上新老版本仿真时间的对比。

1.2HFSS建模内核变更（Beta）  

老版本HFSS建模内核是ACIS，2022版本开始建模内核变更为Parasolid。新版本HFSS打开老版本文件时，软件会先自动完成模型的转化，如果模型转换失败可以选择删除老版本文件里的建模历史重新转换，但该操作会导致丢失原HFSS设计里的参数化。

老版本HFSS设计里如果有非加密的3D Component，那新版本HFSS打开时将会自动完成模型内核切换。如果老版本设计里包含了加密的3D Component，则用新版本HFSS打开时不能自动把部件切换到Parasolid内核的版本，需要用户先手动把加密的3D Component升级到最新的版本，再导入到新版本HFSS。    

1.3HFSS 3D Layout宽带快速扫频功能（Beta）  

老版本HFSS快速扫频技术基于单个求解频点抽取出周围的频率数据，该技术适用于求解相对带宽比较小的问题，而且不支持求解频变材料。新版本的宽带快速扫频技术基于求解多个频点来实现快速的频率扫描，可以用来求解相对带宽更大的问题，更插值扫频相比需要使用的频点数量更少，效率更高。而且支持频变材料的宽带扫频求解。

以下是对交叉数字微带滤波器使用快速宽带扫频和插值扫频的仿真结果对比，在超宽带频率范围内两者结果高度一致，插值扫频求解了17个频点，宽带快速扫频只求解2个频点，相比插值扫频快5.5倍。

宽带快速扫频求解过程中会对模型降阶处理，求解时间更快，占用硬件资源更少，在求解更少频点的同时还能保持极高的精度。以下是对多端口高速PCB问题的扫频求解结果，两者仿真数据一致，宽带快速扫频相比插值扫频加速1.79倍。    

1.4HFSS 3D Component以及网格融合功能增强  

网格融合功能支持Phi Plus Mesh，剖分过程中对键合线模型进行自动修复，真正实现并行的网格剖分，12核CPU并行情况下可实现超过10倍的加速效果，对复杂问题实现快速准确高质量的网格剖分。而且不仅使网格剖分更快，还能实现更快收敛，更少初始网格数量，更快扫频。

网格融合功能支持Component网格优先级设置，对Component和原生模型交叠的区域可优先使用Component的网格技术进行剖分。可以定义Component的净空区尺寸，无需手动创建。

可以把HFSS 3D Layout的设计创建成Layout Component，可以导入HFSS 3D，查看Layout Component的矩阵、场图等，生成Layout Component时支持参数化，支持设置FEBI和混合求解区域，可在HFSS 3D中使用混合算法求解。

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HFSS 3D导入的Layout Component只有外围盒子和端口才是真实的几何结构，内部其他部分都仅是显示所用，可以设置Layout中与显示相关的各种属性。layout的参考坐标系在HFSS 3D中仍然可用，方便在3D中与其他结构装配。

支持对Layout Component加密，可以选择工艺加密和完全加密。工艺加密后看到的是混乱的叠层结构，不能看到介质材料定义，所有的PCB设计、网格和求解都被加密处理。完全加密的Layout Component导入后只能看到黑盒子，以及里边的端口位置。    

网格融合支持Layout Component，可以对3D和Layout部件设置不同的网格剖分方法，支持设置部件的网格剖分优先级。（Beta）

1.5新的柔性PCB工作流程（Beta）  

HFSS 3D Layout推出最新的柔性PCB专用仿真流程，该流程以ECAD为中心，把柔性PCB当成平面PCB一样查看和编辑，有专门的流程来定义平面区和弯折区，还支持3D Component分层设计，方便将柔性PCB与其他部件或系统设计集成。对柔性PCB问题提供专门的网格剖分方法，自动实现区域分解，支持classic或Phi Plus网格剖分技术，可以对平面和弯折部分实现快速和高质量的网格生成。对柔性PCB采用更严格的三维电磁场仿真，准确考虑弯折的影响和电磁耦合。

1.6 IC Design Mode（Beta）  

新版本HFSS 3D Layout推出专业的IC设计模式，导入GDS文件自动进入该模式，集成ECADXplorer功能可编辑高容量IC集成电路，针对IC设计覆盖包含端口、网格反馈、求解、后处理等的端到端仿真流程，支持IC设计内各层级和基于单元的导航和编辑，包括了求解设置和其他相关选项。    

1.7 SBR+求解器功能增强  

求解体SBR+功能增强，可自动处理介质交界处的方向，金属可存在于介质体的内部和表面。

支持在用SBR+求解的载体平台上放置3D Component Array，阵列可被放置在参考坐标系上，方便操作，阵列需要被空气盒子包围。

新增快速频率循环（FFL: Fast Frequency Looping）功能，推荐相对带宽小于10%时使用，使用SBR+求解多发多收的MIMO天线问题时仿真效率提升超过10倍。

老版本未考虑表面粗糙度的情况下，SBR+仿真结果过于理想化。新版本HFSS SBR+求解器支持设置表面粗糙度模型，不用获取详细的CAD细节和很大的计算资源即可评估表面粗糙度特征，可以使用快速频率循环和GPU帮助仿真加速，仿真更高效、真实和准确。

可设置几何光学遮挡模型，当被照亮区域很小或者在阴影区时，几何光学会明确标识阴影区域，让不容易被观察到的阴影处更加直观。

场链接方式可计算方向性，方向性结果包括了区域损耗，求解辐射功率时包含了金属损耗。

共形的电流源可视化，导入的SWE图可视化。

VRT可实现总共和累计的射线长度筛选。

1.8 滤波器综合设计工具功能增强  

Nuhertz改进了滤波器自动离散优化功能，支持调用Medelithics器件库中的SMD器件替换滤波器设计中理想的RLC，使用HFSS优化算法对集总参数的滤波器设计寻优，实现快速准确的滤波器设计。下图左侧是自动离散优化前的滤波器Layout设计和S参数结果，右侧是优化后的结果。    

1.9 HFSS 3D其他性能和易用性改进  

用于编辑激励源和天线参数的交互式对话框。

通过选择导体边缘和参考地，自动创建集总端口，提升建模效率。

以参考坐标系为基准导出场计算器的数据。

增强的场和网格显示功能，在单个对话框中选择求解、场量、层、Nets和三维结构。

IE区域支持存在混合的金属和介质材料（正式发布）。

HFSS支持对导入的轻量级几何文件（STL）设置成IE区域，进行混合算法求解。

同一个HFSS 3D设计中同时存在Modal和集总端口（正式发布）。

瞬态的隐式求解器可求解各向异性材料。

EMC工具库中增加新的部件，增加AEC/JEDEC人体模型， ISO10605道路车辆测试的ESD源部件，ISO7637-2测试的EFT源部件。

二次电子散射模型精度提高，提升低气压放电的仿真精度。

正式发布射频放电（RF Discharge）仿真功能，扩展内嵌的气体库种类，与实验结果更接近的电子崩参数。

1.10 HFSS 3D Layout其他性能和易用性改进  

支持新的矩阵收敛判断标准，输出以差分对为函数的变量。

在项目树中显示3D Component，可方便选择、编辑、更改显示属性等。

改善的模型交叉检查性能。

场后处理功能增强，显示体损耗密度、可选择三维线进行场计算。