ANSYS天线与无线仿真设计流程介绍课件.pptx

1、全面改善和提升的天线与无线仿真设计流程建模、前处理建模、前处理 天线库工具箱 自建模型库 导入模型修复设置、求解设置、求解 算法求解器选择 边界、激励、网格 HPC 设置与使用参扫、优化参扫、优化 多参数并行扫描 快速敏感度分析 优化分析设计后处理后处理 曲线、场图查看 特殊后处理 自动报告生成可穿戴设备天线反射面天线阵列天线天线罩天馈系统天线布局天线RCS天线多物理场典型应用解决方案典型应用解决方案改善的天线仿真流程改善的天线仿真流程建模、前处理HFSS 内嵌天线工具箱内嵌天线工具箱 ATK3D Component 自建模型库自建模型库SpaceClaim 复杂模型处理复杂模型处理HFSS

2、内嵌天线工具箱 Antenna Toolkit New in R17 集成在 ANSYS Electronics Desktop 之中 随软件一同安装 选择天线拓扑 选择工作频率 天线综合 仿真求解 种类将不断扩充3D Components 自建模型库3D Components保存并复用设计与同事、供应商共享包含几何结构材料属性边界条件激励类型HFSS 已内嵌了几十种已内嵌了几十种 3D Component用户可随意添加，构成自己的库用户可随意添加，构成自己的库3D Component: 隐藏内容设置New in R17隐藏内容隐藏内容 Component 创建时定义哪些物体可创建时定义哪些物

3、体可见或隐藏，并被加密保护见或隐藏，并被加密保护模型/网格装配装配模型也可用于网格剖分每个三维器件会进行独立的网格剖分从而避免了边宽比过大的问题 最终会重新组装生成全三维的共形网格组装部件组装模型分解视图器件库 -方便的重用-增加/交换用以建立快速模型布局/对比SpaceClaim 直接建模及模型导入、简化、修复、导出最快速、最易用的仿真几何模型预处理软件HFSS 与与 SpaceClaim 直接链接直接链接 New in R17快速精简、修复、简化精简、修复、简化模型，实现更快、更成功的仿真可兼容各类CAD工具及数据格式，导入与导出直接生成用于加工的标准化2D、3D标注图纸设置、求解最新扩充

4、的电磁仿真体系最新扩充的电磁仿真体系全新的全新的 FEM-IE-PO 混合算法混合算法更便捷的边界、网格设置更便捷的边界、网格设置更高效的更高效的 HPC 设置与使用设置与使用最全面的算法体系、最强大的算法技术FEM-IE-PO 混合算法混合算法New in R17FE-BIIE RegionPODielectric PODielectric IE RegionDielectric Cavity混合算法求解案例: FSS 卡塞格伦天线IE RegionPO RegionFE-BI工作频段：工作频段：K 波段馈源天线：馈源天线：圆极化波纹喇叭馈源主反射面：主反射面：直径2700mm，200波长次

5、反射面：次反射面：直径530mm，40波长，FSS边框宽仅0.3mm混合算法求解案例: FSS 卡塞格伦天线FSS 网格剖分细节网格剖分细节求解时间求解时间3h 37min迭代步数迭代步数3 passes总网格量总网格量62,404 Tetra + 2,868,344 Tri内存消耗内存消耗144GBRegion上的上的 PML 边界边界 随几何改变而自动调整随几何改变而自动调整自动建立自动建立 Airbox 和辐射边界和辐射边界增加在增加在 solution type 选项中选项中自动化边界条件设置New in R17汽车的屏蔽效能汽车的屏蔽效能2D 边界条件，可以高效建模：边界条件，可以高

6、效建模：薄导体薄导体薄介质和分层材料薄介质和分层材料屏蔽壳体内的赫兹偶极子屏蔽壳体内的赫兹偶极子泄露 vs. 频率Shell Element 壳单元New in R17R16辐射边界需要与场源同步目标的相对方向通过坐标原点和Euler角度定义不够直观，易出错R17链接场区域无需再设置辐射边界在源的基本标签栏中定义源类型通过相对坐标系定义源方向自动生成合适的源表面更加直观流畅的辐射边界和外部场链接设置New in R17新的网格设置方式New in R17更简单的网格设置方式滑动条控制网格剖分性能提升改善初始网格剖分成功率改善曲面型网格改善 IE 的网格剖分性能传统的设置方式依然保留前例卡式天线

7、主反射面设置前例卡式天线主反射面设置前例卡式天线前例卡式天线FSS次反射面设置次反射面设置HFSS求解技术与HPC求解算法求解算法HPC有限元法有限元法Finite Element积分方程法积分方程法HFSS-IE本征模式本征模式Eigenmode时域瞬态法时域瞬态法HFSS-TR求解技术求解技术直接法直接法Direct迭代法迭代法Iterative直接法直接法Direct迭代法迭代法Iterative混合式混合式显式显式/隐式隐式Hybrid/Explicit/Implicit区域分解法区域分解法Domain Decomposition Methods (DDM)分布式矩阵求解分布式矩阵求解

8、Distributed Matrix Solver多线程共享内存多线程共享内存分布式矩阵求解分布式矩阵求解Distributed Matrix Solver多线程共享内存多线程共享内存Multi-ThreadedShared Memory分布式激励分布式激励Distributed Excitations多线程共享内存多线程共享内存Multi-ThreadedShared Memory多线程共享内存多线程共享内存Multi-ThreadedShared MemoryGPU 加速加速GPU 加速加速 New in R17HPC 配置: 自动 vs. 手动HPC 配置的全自动设置仅需指明仿真用到的所

9、有机器名，及每台机器的内核数目HPC 配置的手动设置: 传统和默认设置指明机器名、每台机器的任务数和总核数选择 HPC 分布式任务类型自动分配计算硬件资源自动分配计算硬件资源用户只需指定计算机列表、核数/计算机、%RAM/计算机由算法决定采用哪种方式分配资源最高效会根据求解器的具体需求进行不均匀任务分配远程任务提交与监控New in R17图形化任务监控图形化任务监控Profile 和收敛信息任务进度条输出任务设置，配置任务提交默认选项输出任务设置，配置任务提交默认选项任务提交的任务提交的 UNC 通道通道存档批处理存档批处理任务提交和监控 GUI参扫、优化多参数并行扫描多参数并行扫描快速敏感

10、度分析快速敏感度分析优化分析设计优化分析设计多层级 HPC 进一步提速和扩展: HPC + DSO层级层级 1分布式变量分布式变量层级层级 2分布式内存分布式内存每个变量 32 核 DDM8 个变量顺序求解耗时: 14:52:57128 核“双层级”求解, 每个变量 32 核 DDM4 个变量并行求解，8个变量总耗时: 3:39:38 提速 4 倍HPC 增加层级先分布式变量，然后DDM 或新的分布式直接法矩阵求解先分布式频点，然后DDM 或新的分布式直接法矩阵求解伴随求导 (Derivatives) 快速敏感度分析与调谐找到正确的变量值，缩短研发时间更好理解变量如何影响性能无需试验即可知道如

11、何调整设计找到使用不满足指标部件的方法减少原型重复加工试验次数明确对输出影响最大的参数类别聚焦于有高敏感度的设计参数可让设计变得对随机变量不敏感远场方向图调谐 New in R17研究四个离散的几何变量影响，如果每个变量考虑三个情况研究四个离散的几何变量影响，如果每个变量考虑三个情况 +10%、中值、中值、 -10%，那么将有，那么将有 34 共共81种变量组合种变量组合使用了伴随求导求解，只需要额外增加使用了伴随求导求解，只需要额外增加 17 min ，而非，而非 81 *80min调谐完成后的参数值可直接应用于模型调谐完成后的参数值可直接应用于模型S 参数模型可作为优化目标 New in

12、R17 用导入或协同仿真的 S 参数矩阵作为优化目标后处理曲线、场图查看曲线、场图查看丰富的后处理工具箱丰富的后处理工具箱自动报告生成自动报告生成三单元蝶形天线阵案例在 3D 模型上叠加显示天线参数天线参数叠加显示New in R17天线 3D 方向图叠加显示天线 2D 方向图叠加显示New in R17叠加显示叠加显示 2D 辐射方向图辐射方向图天线 Sine 空间远场数据New in R17远场远场 Sine Space PlotU=sin()cos()V=sin()sin()生成 U、V 空间均匀采样的远场数据表天线工具箱实现自动化天线工具箱实现自动化扫描角计算扫描角计算阵列天线自动扫描

13、角计算工具箱New in R17定制化脚本可开发更多工具箱周期性阵列边界自动生成工具周期性阵列边界自动生成工具结果曲线自动对比工具结果曲线自动对比工具场计算器工具场计算器工具线缆线束、螺旋电感自动建模工具线缆线束、螺旋电感自动建模工具天线口径近场源综合工具天线口径近场源综合工具相位中心计算工具相位中心计算工具结果报告自动生成 设计报告文档可保存为html或pdf格式典型天线应用解决方案典型应用：可穿戴设备天线可穿戴设备天线解决方案900MHz2400MHz自适应网格剖分确保多频段天线求解精度自适应网格剖分确保多频段天线求解精度多参数快速敏感度分析获得最优性能多参数快速敏感度分析获得最优性能Sp

14、aceClaim 可穿戴设备建模和预处理可穿戴设备建模和预处理缠绕后天线再优化，与人体和缠绕后天线再优化，与人体和PCB一体化仿真一体化仿真真实噪声环境分析真实噪声环境分析典型应用：反射面天线反射面天线解决方案灵活运用灵活运用 HFSS 的混合算法的混合算法实现馈源与反射面的一体化仿真实现馈源与反射面的一体化仿真Savant 可用于反射面的快速高效设计可用于反射面的快速高效设计典型应用：阵列天线阵列天线解决方案基于DDM的有限大阵列求解器:1. 同样的硬件可求解更大规模阵列2. 与同在HFSS中直接仿真同样精确3. 采用 DDM 高效仿真大规模阵列4. 便捷地由单元转换为有限大阵列阵列蒙版可定

15、义复杂布阵阵列蒙版可定义复杂布阵合成激励大幅加速阵列求解合成激励大幅加速阵列求解80 x80 Vivaldi 阵列天线24 核工作站求解仅需核工作站求解仅需 1h 32min端口后处理变量改变激励幅相端口后处理变量改变激励幅相实现波束扫描实现波束扫描典型应用：天线罩天线罩仿真解决方案混合算法减少运算量，提升速度，减少资源消耗混合算法减少运算量，提升速度，减少资源消耗自适应网格剖分保障薄层与曲面结构的高精度求解自适应网格剖分保障薄层与曲面结构的高精度求解3D Component 保护天线模型并加速建模与仿真保护天线模型并加速建模与仿真网格复用、多参数并行高效获得罩体角度扫描特性网格复用、多参数并

16、行高效获得罩体角度扫描特性FSS 天线罩从单元选型到整罩仿真的完整流程天线罩从单元选型到整罩仿真的完整流程阵列天线罩与天线阵列天线罩与天线一体化建模仿真一体化建模仿真典型应用：天馈系统天馈系统场路协同仿真解决方案馈电网络与天线（阵）可采用不同的建模方式馈电网络与天线（阵）可采用不同的建模方式通过场路协同实现天馈系统一体化仿真通过场路协同实现天馈系统一体化仿真模块化建模与全模型获得一致的结果模块化建模与全模型获得一致的结果但建模难度小，计算速度快但建模难度小，计算速度快2GHz35GHz70GHz仿真结果仿真结果带非线性器件的馈电网络仿真带非线性器件的馈电网络仿真典型应用：天线布局天线布局解决方

17、案Savant 能以高精度、高效率求解大规模天线布局问题能以高精度、高效率求解大规模天线布局问题IE 机身机身FEM到到IE域的电流是连续的域的电流是连续的HFSS 混合算法混合算法 + HPC 可将天线设计与布局分析完美结合可将天线设计与布局分析完美结合典型应用：天线RCS0.0010.0020.0030.0040.0050.00Incident_theta deg-80.00-70.00-60.00-50.00-40.00-30.00-20.00-10.000.0010.00Y1Ansoft CorporationXY Plot 2H-Planetotal天线（阵）RCS 解决方案仅考虑结构项仅考虑结构项考虑结构项和模式项的实际情况考虑结构项和模式项的实际情况实际的天线阵由于端口反射导致的模式项二次辐射对迎头方向的散射场有明显的加强HFSS 的混合算法、有限大阵列等技术同样适用于散射计算的混合算法、有限大阵列等技术同样适用于散射计算典型应用：天线多物理场HFSS中计算得到电磁损耗热求解器中导入电磁损耗并设置边界条件温度分布结构形变天线多物理场仿真解决方案ANSYS Workbench 多物理场仿真环境多物理场仿真环境THANK YOU