HFSS 2020 R1版本新功能要点(2020.2)

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 2020R1版本（2020年2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。
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2020R1版本新功能要点（2020）

1. 基于三维部件的天线阵列仿真方法

新增基于三维部件的有限大阵列求解技术（3D-Comp DDM），在阵列蒙版建模中，可使用多个不同类型单元，不同排布方式，可考虑单元旋转等情况，从而为非规则阵列天线设计提供方便灵活而强大的精确设计和仿真方法。

改方法需要设置周期边界，基于三维部件技术，阵列遮罩设置中，可支持颜色编码，可支持旋转，可支持阵列操作，包括扩展列、添加列、添加行、删除列、删除行等操作，为任意阵列设计提供非常方便灵活的交互体验。

对于完整模型，可选择在阴影模式下渲染虚拟阵列单元，虚拟单元的显示不局限于线框视图。

该新的仿真方法可为非单一单元阵列带来前所未有的使用价值。如下图所示实例，带有馈电网络的16 x 16 阵列，阵列遮罩中含有432个单元，一共具有26个独立单元类型的全阵列，其场传播穿透求解域，是一个典型的突破性3D-Comp DDM使用的案例。

2.     HFSS SBR+: 天线布局中考虑爬行波效应

SBR+相比与传统的SBR算法，考虑更全面的附加散射机制，因此具有更好的精度。对于其地面直接置于凸起的传导平台的“电流基”天线，直接“绘画” 出天线平台上的阴影部分PO电流。

由于天线靠近平台, 直接点亮SBR区域是不具有代表性的, 结果会导致远场结果不准确，所以需要考虑爬行波效应。该效应可在光-影的过渡区域，解决非物理性PO的不连续性，产生更精确的安装远场模式。

支持的激励包括：带有接地平面的基于电流的参数化天线、线单极天线、水平偶极子、地平面上的交叉偶极子、开槽、近场链接、FE-BI 混合区域:  靠近金属平台的等效电流源。

在靠近平坦的天线阴影区域考虑了诱导电流，凸表面上显示非“可视”天线之间的耦合,如飞机机身上下的天线耦合。

3.    新的迭代矩阵求解器（Beta）

新的改进型迭代矩阵求解器采用一个更可靠的迭代求解过程，相对于直接求解，失效回退更少，比目前的迭代求解更快。

替代直接求解，起到可以节省内存的效果。对于较大尺寸的设计结构，通常比直接求解更快。

求解器	峰值内存(GB)	总求解时间(hh:mm:ss)	求解加速
Direct	102.0	01:06:06	-
Old Iterative	98.9	02:15:54	-
New Iterative	45.1	00:29:30	2.2 – 4.6

4.     激励源分组

打开编辑源的一个子集，可选择仅生成特定源组的特殊输出结果。方便用作特定远场图中的应用场景，比如: 为定义为源组的 5G MIMO 子阵列的分离远场图。

5.     任意近区磁场和坡印廷场提取

支持非求解区域的近场磁场和坡印廷场的绘制图及输出，如用于5G 功率密度计算的坡印廷场输出。

5G毫米波的功率密度 (PD)计算

6.     在对象或面的列表中选择性保存

基于选择的远场和局部场图和计算，可节省磁盘空间。例如：天线分析的“虚拟”ABC。该功能在求解设置的“General”标签中设置。

如案例: Potter喇叭模型，仅为ABC faces 和Cut plane保存场，选择性保存场节省37% 磁盘存储。

7.     三维部件中支持电路元件

三维部件中支持电路元件，例如5G 毫米波阵列，由四个双馈电的圆极化单元组成，每个部分都有 90°相位差以产生圆极化，每组单元与相邻单元的相位偏移来定义离散操作波束角状态。

该三模部件仅含一个HFSS 端口，可以嵌入多个标准文件，实现多波束角状态。提供可参数化的touchstone 入口，并且支持三维部件加密。

8.     EMI/EMC重大改进

HFSS安装包中内含EMI/EMC三维部件库，以及数个EMI/EMC案例。

EMI/EMC三维部件包括：

• 大电流注入(ISO 11452-4)

• 传导辐射局部接地(CISPR25)

• 传导辐射远程接地(CISPR25)

• 辐射发射(CISPR25)

• 静电放电(IEC 61000-4-2)

• 用于EMI / EMC测试的通用天线

EMI/EMC案例包括：

• 大电流注入(ISO 11452-4)校准

• 传导发射 CISPR25

• 辐射发射 CISPR25

• 电磁脉冲 (EMP)

• 静电放电（IEC 61000-4-2）VCP

• 带槽机箱的静电放电

• 辐射危害MIL-STD-461-C

EMI/EMC库

部分内含案例

9.    ECAD Xplorer: 大型GDS工作流程

支持更大的 GDS 文件: 改进 EDB 数据模型, LSG, rendering, 和 ECAD Xplorer 指令，目标层文件小于5GB，提升cutout, flatten, containment check, via snapping, net tracing, wrap的能力和性能。

进度条和中止扩展了更多指令，GDS 翻译, design load, flatten, cutout。

改进芯片内结构的Phi 网格，将层间和层内对象校准和捕捉集成到预处理中，增加高长宽比对象的几何处理来获得更高质量的网格，稀疏区域采用了网格播种技术，具有更高效率。

10.  HFSS 3D Layout 易用性提升

HFSS 3D Components 与HFSS 3D Layout 集成 (Beta)，在 ComponentLibraries 工作区可用，与现有的 ECAD/MCAD 工作流程集成。

推进激励性能提升，对于具有较大端口数量的模型来说非常重要。

改进了3D Layout Component，移除个人引脚，重命名引脚组，自动计算方向。

支持多区域 PCB，半刚性柔性 PCB 的配置，半刚性柔性 PCB 平移，多层堆叠和区域定义，支持EDB API。

11.  EMIT新功能

新增了5G射频库，方便构建5G系统模型，考虑5G环境下的RFI问题。

自动放置原理图，考虑更多的耦合模型，比如依据经验或者解析结果的耦合模型，天线矩阵模型，以及复合耦合图等模型。

12.  新的电路功能

(1)    ss_clock 组件中用户定义占空比选项

(2)    保留直流无源算法

新的“IFPVLF” 无源选项优于现有的 “IFPV” ，更适合处理“Z”直流/低频，选择电源完整性和传输网络应用。

      

(3)    改进频谱后处理和绘图

现有的‘FFT’ and ‘Fourier Integration’ (FI)通过离散频谱图提供基本信号的傅里叶级数系数。新方法提供非周期信号的傅里叶变换并可选择绘制非周期波形的连续谱。

(4)    提升对PSPICE 模型的支持

解析器支持四种常见的特定PSPICE 网表的语法结构。

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