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火狐体育娱乐app官网:三维结构电磁场仿真软件的快速入门

发布时间: 2022-08-14 06:01:20 来源:火狐体育网官网登录入口 作者:火狐体育注册下载

  HFSS全称 high frequency structural simulator,其创始人是卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)大学教授Prof. Zoltan J. Cendes,他在加拿大麦吉尔大学(McGill University)念的硕士和博士,要点研讨依据有限元的电磁核算。1973年博士结业后,他入职美国纽约通用公司,干了六年后回到母校麦吉尔大学当副教授,1982年转到卡内基梅隆大学担任教授,1984年创立了Ansoft公司(Analysis Software简称)。1988年,鼎鼎有名的惠普公司(HP, Hewlett-Packard Corporation)找到他们进行协作,签订合同,要求Ansoft担任开宣布一款电磁仿真软件,即HFSS,产品老练后转交HP进行出售,Ansoft公司从中取得版权收益(注此刻Ansoft公司很小很小,市场份额简直为零,此举极有利于公司发展壮大)。1990年,HP-HFSS正式发布(注此刻HFSS属HP)。1999年,安捷伦(Agilent)从HP公司别离,HP-HFSS相应变为Agilent-HFSS。2001年,Ansoft公司又从Agilent手中成功收买会HFSS,改名Ansoft-HFSS。2006年,Ansys公司又成功收买Ansoft公司(8.32亿美元),改名Ansys-HFSS,这便是我们现在常常用到的HFSS的宿世此生(国内简称HFSS为海飞丝)。

  HFSS作为世界上第一款商业化的三维结构电磁场仿真软件,被公以为三维电磁场规划和剖析的工业规范,点评和位置十分之高。创始人Prof. Zoltan J. Cendes在2014年的一次访谈中指出,HFSS的先进性首要得益于两点,一是高效的主动有限元网格生成,二是准确的有限元近似求解。

  首要是对仿真方针进行几许建模,然后进行网格剖分,再经过有限元准确求解得到电场散布,最终进行后处理,得到有用的频域呼应。从数值核算视点来说,对方针进行网格剖分越密布,求解精度越高,但与此一起,核算量也随之明显添加,为此HFSS引进自适应网格剖分技能,如下图所示,

  首要程序会对仿真方针进行一个大略的网格剖分(很多的小四面体),并进行有限元近似求解,一起核算出每个剖分单元的近似差错(由于对电场是近似求解),然后核算出方针频率呼应(例如S参数)。按道理说,成果现已得到,仿真就能够完毕了,可是HFSS说不可!还要进一步验证当时仿真的精度,为此HFSS挑选那些近似差错较大的剖分单元进行加密,然后从头仿真核算,再次得到新的方针频率呼应,并与前次的仿真成果进行比照,假如两者成果相差较大(例如相对差错大于2%),阐明前次网格剖分质量还有待进步,因而需求加密网格剖分,持续验证比照,直到仿真成果趋向共同,这便是所谓的自适应网格剖分技能。

  关于有限元算法的原理和完成,难度较大,不引荐我们深化学习,只需求简略了解一些根本的常识即可,比方有限元是从矢量亥姆赫兹方程动身,对电场进行基函数分化,然后在进行三维体积分,得到方针矩阵方程,如下所示

  特别的,有限元学习时要与矩量法的原理进行区别,矩量法是依据面剖分,对外表电流进行基函数分化,然后再进行面积分得到方针矩阵方程。由于基函数选取和方针方程不同,有限元法在处理电大问题上具有明显优势。

  但实际上,除了本征模求解器使用场合比较清晰以外,形式驱动(Driven Model)和终端驱动(Driven Terminal)的使用一向简单让用户发生疑问,这儿不做过多评论,主张我们参阅官方给出的比如进行操作,不要过多纠结(假如实在想搞清楚,主张从算法完成层面去探求)。

  HFSS在软件规划上选用了经典的树型导航,其界面首要包含菜单工具栏、项目办理栏、特点窗、音讯窗、进展窗以及建模视图窗。

  依据仿真方针的几许特点和资料特性,挑选Modeler-》Units设置单位,再在工具栏中挑选对应几许物理进行建模,可挑选参数化建模(Local Variable,在Design Properties中能够检查)。

  HFSS仿真时一般需求画一个空气盒子,把仿真方针悉数包含在内,然后再在空气盒子的外外表设置辐射边间(或吸波鸿沟)。这是由于HFSS仿真布景空间默以为PEC鸿沟!关于仿真方针,则依据详细需求设置对应鸿沟。

  除本征模剖析以外,其它频域仿真都需求外加鼓励(空间场/波端口/集总端口),特别在使用波端口鼓励时,需求界说积分线(便利界说形式和等效电压),当求解形式为终端驱动时,还需求注意参阅地的设置。

  仿真前需求由用户指定求解器作业形式(也可在第一步建模前设置)和作业频点(用于网格剖分,可设置为最高频点),并界说仿真完毕条件(最大仿真次数和差错规范),然后以此为基准展开自适应网格剖分和迭代求解。

  仿真发动后,HFSS首要在作业频点处展开仿真,得到满足要求的高质量网格剖分,然后以此网格剖分为规范对用户感兴趣的频率规模进行仿真(此刻无需自适应网格剖分)。

  依据求解器的类型和用户的需求,HFSS可供给品种很多的可视化成果,包含S参数、阻抗特性曲线、外表电流散布、空间场散布等等。

  总的来说,与CST比较,HFSS在仿真精度和才能方面具有方法的优势,但在软件规划方面还有很大距离,协助针对性不强、选项设置过多、操作设置过繁,因而HFSS总是让人“爱横交错”。关于初学者,主张先以了解HFSS操作为主(依照官方教程重复操作),然后再开端仿线) 技巧评论

  做过电磁仿真的人都有领会,电磁仿真有适当部分时刻是用在建模上面的。因而有必要了解软件的快捷键,在进步作业功率的一起,领会软件操作的快感,HFSS建模时常用的快捷键如下

  HFSS供给的鸿沟条件高达数十种,其实常常用的也就三种,一是抱负导电/导磁鸿沟,二是敞开鸿沟,三是集总加载鸿沟,别离如下图所示

  关于外加鼓励,设置最为杂乱的当属波导端口鼓励,一方面需求考虑鼓励面积巨细,另一方面需求考虑形式散布,并且当求解形式不一起,波导的参阅阻抗设置也有不同,这个我们要多多参阅HFSS的官方教程和文档。

  最终,关于扫频的三个选项:快速、离散和插值,其实便是仿真功率和精度的权衡,假如工程仿真时刻很短,主张悉数选用离散频率扫描(实在仿真成果);不然,则依据详细情况择优挑选快速或插值。

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