HFSS主要算法及其典型应用案例【2020更新】

5. 域分解算法（DDM，FA-DDM）

5.1 大尺寸域分解算法（DDM）

DDM算法是将FEM算法求解能力扩展到分布式内存系统上的基石，基于DDM，使得FEM算法能够求解的规模更大，能求解的问题复杂度更高。

案例13：DDM算法，纯FEM计算反射面天线问题

案例14：DDM算法计算车体内移动电话辐射情况

5.2 有限大阵列域分解算法（FA-DDM）

FA-DDM算法是专门针对阵列天线等周期结构仿真的算法，利用了DDM的超线性加速特点，又利用了主从边界的周期性特点，通过精心设计，将大规模阵列问题通过DDM分散到多个节点上完成计算，得到精确结果。FA-DDM具有极好的计算效率和灵活性，已经成为阵列问题不可或缺的仿真算法。目前，只有HFSS软件具有该算法。

案例15: a)雪花型阵列天线

案例15：b)雪花型阵列电场分布图

5.3 基于三维部件的域分解算法（3D-Comp DDM）

有限大阵列技术（FA-DDM）是HFSS软件在大型阵列天线领域的先进技术，凭借其灵活的建模方式，快速的网格复用方法，以及快速的高性能域分解算法技术， 实现了精确的大型阵列单元阵面的求解，解决周期性的平面阵列方面的难题。

但是，对于非周期的，多周期的复杂阵列，怎么办呢？

• ^2 2019R3版本具有这方面的突破更新，利用三维部件技术，以及阵列单元的虚拟建模和定义方式，加上DDM的快速实际阵列求解功能，实现了技术上的重大突破，这就是三维部件域分解算法技术（3D-Comp DDM）。

• ^2 该方法解决多种单元类型的，多种周期或非周期的阵列求解，达到了灵活性，适应性方面的巨大突破。

案例16（a）：不同单元的定义与阵列排布的定义和显示

案例16（b）：阵列蒙版定义功能与计算结果对比

6. 时域算法（Transient）

HFSS软件具有间断伽略金时域算法和时域有限元两种时域算法，用于求解纯瞬态问题，如ESD，雷击，EMP等问题。

案例16：探地雷达应用仿真

案例17：雷击在坦克内天线端口上的感应波形仿真

7. 特征模算法（CMA）

Characteristic Modes Analysis（CMA）技术用以计算结构的特征模，得出模式数目、特征角和近场远场、 模式权重系数modal significance，基于结构的基本谐振行为，在决定激励源的位置之前就能进行性能分析，该方法有助于选择天线类型以及布局位置，例如在MIMO应用中各模式之间固有的正交特性可以被用来提高天线单元之间的隔离度。

CMA计算过程

(1) PIFA天线设计

对比有无PIFA时的模式，没有PIFA天线分支，特征值大于0因此呈容性， 通过增加PIF分支形成一个LC系统。

(2) 优化天线布局

频率范围1-100 MHz的汽车应用，使用CMA可以预测最佳方向图，确定天线位置以激发特定模式获得所期望的方向图，如下图所示30MHz时汽车本身的谐振特性。

8. 本征模求解器（Eigenmode solver）

本征模求解器主要用于谐振问题的设计分析，可以用于计算谐振结构的谐振频率和谐振频率处对应的场，也可以用于计算谐振腔体的无载Q值。

在EMC设计中，本征模求解通常被用来求解结构的谐振特性，用于指导器件布局，避开敏感区域和敏感频点。

应用本征模求解时，需要注意以下几方面。

1) 不需要设置激励方式。

2) 不能定义辐射边界条件。

3) 不能进行扫频分析。

4) 不能包含铁氧体材料。

5) 只有场解结果，没有S参数求解结果。

案例18：坦克谐振分析

9. 微放电求解器（Multi-paction Solver）

HFSS 2019 R2版本发布中，新增了一项新的功能：微放电仿真（Multi paction solver）。太空环境下，射频击穿效应导致设备失效。微放电是一种电子共振现象，可用模型和方程来解释，HFSS软件具备仿真识别微放电部件的能力。

由于通过测量来检测微放电非常困难且昂贵，对于任务关键型空间项目，不允许失败，而通过仿真的方式，通过改进设计，可抑制微放电效应，提高部件安全可靠性。

微放电原理

微放电动画

案例19: 平行平板波导的微放电特性