ANSYSHFSS平台功能介绍课件

1、ANSYS HFSS R18平台功能介绍第1页，共60页。天线和无线系统2第2页，共60页。天线安装性能宽频带自适应网格划分基于MPI的频率扫描天线设计工具（ADK）增强新增的天线模型部件浏览器编辑加密部件部件数据保护SBR求解器集成在HFSS中同一个设计中，统一的混合区域设置HFSS-Savant工具HFSS-EMIT 工具天线和无线系统性能 & 精度天线设计流程天线安装性能3D部件装配混合算法 & SBR+RF 环境3第3页，共60页。ANSYS 域分解并行及混合算法HFSS: 有限元Geome几try何an与d 材Ma料ter复ial杂Co度mplexityElec电tr尺ica寸l S

2、izeHFSS-IE & FEBISavant: 弹跳射线法4R18 版本已经集成至ANSYS Electronics DesktopHFSS 算法求解器第4页，共60页。HFSS 中的混合算法5第5页，共60页。何谓 SBR ?SBR = Shooting and Bouncing Rays 弹跳射线法高频渐进算法与 HFSS 互为补充适合电大尺寸问题利用几何光学 (GO) 射线法，将物理光学法(PO) 扩展至多次弹跳SBR Solver:弹跳射线法求解器Scattered fields电大尺寸结构的高效率仿真方法6第6页，共60页。ANSYS SBR+ 技术多项技术扩展 SBR物理绕射理论

3、 (PTD)一致性绕射理论 (UTD)爬行波 Creeping WaveSBRSBR Solver:弹跳射线法求解器7第7页，共60页。HFSS R18.0 中 的 SBR Region用弹跳射线法仿真天线平台集成和布局问题天线模块 HFSS/FEM8SBR Region确认平台对辐射场的影响第8页，共60页。独立 Savant R18NN 耦合模式:同时获得多副天线之间的远场方向图及互耦结果提升多核加速比GPU 加速导入近场天线的场图绘制用户默认设置改进9第9页，共60页。求解方法未知量内存运行时间Two-Way704,27358.4 GB127 minOne-Way704,27358.0

4、GB54 min混合区域耦合耦合区域R18 支持 FEBI, IE, 及新的耦合 SBR 区域可以选择双向和单向耦合，新的单向耦合选项可更快获得结果Impact of bidirectionalcoupling2X 时间节省，精度损失有限10第10页，共60页。IE Regions与HFSS-IE设计类型等效单独的IE regions与HFSS-IE求解性能相同支持端口, 半空间, 和缝隙HFSS-IE 设计类型将在R19中退出 纯IE求解只支持HFSS驱动终端求解类型11第11页，共60页。增强的易用性一键完成易用的树形结构增加的天线类型覆盖2 种新的分类12个新的天线模型从3D部件转换而来

5、天线设计工具（Antenna Design Toolkit）12第12页，共60页。天线设计工具（Antenna Design Kit）: 扩展库支持18中新增的脚本: 圆锥波纹喇叭，GPS陶瓷片、高频探头、准八木天线、刀片、圆盘单极天线、垂直梯形单 极天线，椭圆基条单极子、金字塔形脊喇叭、四脊喇叭，Uda八木天线，顺序旋转2x2的圆形贴片阵列，MxN微带阵列，背腔T条馈电缝隙天线，反射器（卡塞格林，Gregorian，抛物线，防溅板）新增/增强综合功能: 平板刀片, 波导馈电波纹锥喇叭13第13页，共60页。EMIT 18.0亮点Nexxim-EMIT 数据链接EMIT Tx 行为模型可从详

6、细的Nexxim设计自动创建详细RF系统/射 频电路模型新的 Nexxim-EMIT 数据链接将PSDP数 据转换为EMIT射频 模型用Nexxim数据创 建的射频模型启 动EMIT扩展的GPU支持和性能优化GPU 现在支持包括Tesla KSeries, Quadro KSeries, Quadro MSeries, 和 GeForce GTX Series.1 CPU Core, 采用/不采用GPU运行时间(分钟)No GPUGPUSpeedup*Project #1233.316.714Project #241.73.313Project #315.56.82Project #441.7

7、2.815Project #518.31.11714* Some models benefit more from multi-cores than GPU (and vice versa). actual speedup depends heavily on the model configuration. Some models may not benefit significantly from HPC. Cases shown here are intended to show potential speedups for certain model types.第14页，共60页。E

8、MIT 18.0 亮点, 续自定天线对之间的 “Fixed” 耦合用户自定义天线对之间多频段耦合用户定义的天线耦合表新的雷达调制基于NTIA雷达频谱工程标准模型(RSEC); CW, FM-CW, FM-pulse, 用于相位编码和跳频雷达系统的非调频脉冲.Tx emission mask compliant with NTIA RSEC自定任意天线对间的耦合15第15页，共60页。网格划分16第16页，共60页。采用联合馈电网络的阵列天线 计算资源: 16 cores这些模型:R18的Phi网格划分快25%Layout中的经典网格划分快47%MCAD中的经典网格划分快13%HFSS 3D L

9、ayoutHFSS MCAD 经典网格R17.2 PhiR17.2 ClassicR18 PhiR18 ClassicR17.2R18Time40s30m, 55s30s16m, 24s15m, 35s13m, 34sRAM433MB825MB435MB618MB1.2GB1.2GBLayoutMCAD网格改进17第17页，共60页。模型描述: 星载阵列天线计算资源: 16 cores结果: R18中单核网格划分比R17.2快35% R18中16核网格划分比R17.2快46%R17.2, 1 coreR18, 1 coreR18, 16 coresInitial Mesh Time19m, 2

10、s21m, 34s16m, 53sMesh Seed Time5h, 32m3h, 16m2h, 51mTotal Mesh Time6h, 27m4h, 11m3h, 30m大型面结构上采用曲面单元FEBI网格改进, 续.18第18页，共60页。宽带自适应网格（BAM）19第19页，共60页。Adaptive Meshing: HFSS 的基石自动自适应网格划分 Automatic Adaptive Meshing自动、精确、高效、可靠的解决方案网格划分算法在需要更密的网格计算电磁场的地方，自动增加网格单元自适应网格划分:关键技术是确保自动化精确电磁仿真每步自适应迭代的网格每步自适应迭代的S

11、参数20第20页，共60页。单频点自适应网格划分初始网格网格细化求解Solution Frequency的场Frequency Sweep扫频求解网格收敛后对其他频点扫频求解是否收敛?宽带求解精度可能会与网格划分频 点的选择有关对“典型”器件响应的单频点划分网格并不总是可靠用“相关网格求解”（Dependentmesh solves）确保多频点精度计算消耗增大21第21页，共60页。网格划分该以哪个频点为准?中频点?低频点?腔体双工器求解Solution Frequency的场高频点?最高?22第22页，共60页。Broadband Adaptive Meshing宽带自适应网格划分扫频求解多

12、个求解频点将会 “pre-seed”扫频求解扫频更快速初始网格根据所有频点 的场细化网格Solve Fields at Frequency #2Solve Fields at Frequency #1Solve Fields atFrequency #N多个频点网格收敛是否收敛？24第23页，共60页。单频点自适应网格案例S21S31Example: 腔体多工器在单个求解频点处进行网格划分取决于用户选择的合适的求解频点有些设计在要求宽带精度时对求解频点选择很 敏感不同求解频点网格划分不同工作频点，场特性明显不一样对于所有频点，单频点自适应网格并不理想单频点自适应网格1950MHz1910MHz

13、多工器25第24页，共60页。宽带自适应网格案例1950MHz1910MHz宽带自适应网格宽带自适应网格利用HPC，同时在多个频点进行自适应网格细化宽带自动自适应网格划分，进一步扩展了单频点自动自适应网格划分的求解能力26第25页，共60页。宽带自适应网格 BAM单频点自适应网格网格在场集中的1950 MHz工作频 点附近进行自适应加密在求解频点处生成高精度网格不保证整个宽频带的精度宽带自适应网格注意到整个多工器都进行自适应加密 对整个频带范围都生成高精度网格宽带自适应网格单频点网格27第26页，共60页。结果对比单频点 求解频点28多工器对单个自适应求解频点的选取很敏感高频段与宽带自适应网格

14、很一致，因为求解频点选择在此段低频段结果不准确，单频点自适应网格只能保证求解频点附近的场精度单频点自适应网格可通过“链接网格”的方法，提高结果精度第27页，共60页。BAM 设置宽带Broadband：用户设定高低频点HFSS 自动确定合适的网格划分频点多频点Multi-Frequencies: 用户控制所有网格划分频点29第28页，共60页。HFSS 求解宽带问题最新方法利用多个频点并行以得到跨越频带的自适应网格为整个频带提供可靠和保证精度的网格HPC: 多频点计算可同时进行30BAM:宽带自适应网格第29页，共60页。求解器改进31第30页，共60页。S-Parameter Only Ma

15、trix Solve仅求S参数的矩阵求解方式仅在内存里驻留提取S参数的矩阵对于不保存场的扫频求解更快速每个频点提速 10-20%更低内存需求在可用的内存条件下HPC能够并行求解更多频点带天线罩的双频带叠层贴片天线Saved Fields andS-ParametersSaved OnlyS-Parameters32第31页，共60页。S-Parameter Only 矩阵求解: 并非近似，可获得相同结果33第32页，共60页。S-Parameter Only 矩阵求解案例Problem#S-Parameter and FieldsS-Parameter Only113.5 GB3.41 GB2

16、39.4 GB9.71 GB3188 GB30.8 GB123更快速求解，且明显节省内存 = 更多频点并行求解多频点并行求解几乎是线性的，因此提速效果显著4X 节省内存6X 节省内存在256GB RAM的机器上并行 求解8个频点与保存场的求解相比2x 提速 在同样的计算机硬件上扫频34第33页，共60页。Matrix Assembly 性能提升R17R18算法改进，增加了多线程支持Example: 64 单元 (8X8) 蝶形天线阵01:15 vs. 00:43 = 74% 提速35第34页，共60页。显著的性能增强通过MPI的分布式频率求解降低磁盘使用，加速求解过程2001801601401

17、20100806040200Test 1Test 2Test 3Test 4HFSS17HFSS18 (1-core) HFSS18 (2-core) HFSS18 (4-core)36改进的Matrix Assembly，包括多线程支持总时间(min)第35页，共60页。整体性能提升: 2017 vs. 2016Example: Package on PCB两个差分对DC to 20GHz硬件: 14-Core Intel Xeon CPU E5-2683 v3 2.00GHz, 2 CPUs/node.设置: 两个Node, 56 Core, Auto HPC2016372017第36页，

18、共60页。R17h:m:sR18h:m:sSpeedAdapt2:24:37Mesh1:49:3432% FasterSweep8:33:55Sweep3:59:46114% FasterTotal10:58:32Total5:49:2089% Faster性能对比: 2017 vs. 201638第37页，共60页。宽带网格 DC to 20 GHz56 cores, 28 个自适应网格频点17h:m:s18BAMh:m:sSpeedAAddaapptt12:2494:3347Mesh2:29:41327%SlSolowwererSweep38:5393:5456Sweep2:23:2926

19、75%8%FaFsatseter rTotal51:04:95:82:302Total4:53:10192%4%FaFsatseter r宽带自适应网格性能对比39第38页，共60页。HFSS Transient更快的隐式求解器改进的自动HPC性能PMLs 和shell element支持两个求解器40第39页，共60页。瞬态求解器的多激励源求解加速多激励采用 MPI/OMP 并行求解分布式求解性能比R17更好隐式求解器的SMP加速有1.2 - 9.6x 加速隐式求解器时间内存加速1 Task 18 Cores SMP R1713:36:2111.6 GB-1 Task 18 Cores SM

20、P R1801:25:0422 GB9.6x21 Tasks 126 Cores DSO R1700:51:26180 GB-21 Tasks 126 Cores MPI+OMPR1800:18:24170 GB2.8x隐式求解器时间内存27 Tasks 162 Cores DSOR1701:44:14156 GB27 Tasks 162 Cores MPIR1801:44:54135 GB126 excitations#RHS #tasks41第40页，共60页。HFSS 瞬态求解器的精度增强PML支持隐式求解器Shell elements支持两种求解器F16散射 (隐式)PML平行板波导低

21、损耗shell边界天线阵列的辐射(混合 vs 隐式)43第41页，共60页。三维建模46第42页，共60页。三维建模: 树形分组与分层47第43页，共60页。分层对象组 历史操作树中保留组对象, 3D部件, UDMs 等信息 组内支持分组，并不限制分组深度 分组操作:新建, 复制/粘帖，删除将对象从一个分组自由移动到另一个组取消分组，平板化布局，同时复制组内对象 CAD装配导入将 CAD子装配作为组导入支持CAD装配格式如 ProE, SolidWorks, CATIA, UG-NX, STEP, Auto-CAD Inventor48第44页，共60页。3D部件改进部件浏览窗口从标准库轻松访

22、问3D组件拖放组件到模型窗口完成插入实例管理收藏夹并轻松访问最近使用的组件允许用户编辑密码保护的加密部件的定义独特的辅助密码编辑不需要回到原始设计去创建另一个加密模型的版本用户需要密码（如果指定）和编辑密码才能编辑定义49第45页，共60页。3D部件: 库浏览器易于使用的3D部件拖放组件几何模型到建模窗口50第46页，共60页。电子桌面中的模型简化原始双工器Polygon Fit 操作Primitive Fit 操作Bounding Box 操作51第47页，共60页。改进的三维远场方向图三维极坐标图或二维辐射方向图上点击右键重叠显示改进的三维极坐标图。缩放，光线，颜色52第48页，共60页。重叠远场方向图三维极坐标图或二维辐射方向图上点击右键重叠显示53第49页，共60页。HFSS 3D Layout54第50页，共60页。HFSS 3D Layout: “Connector-on-Board” (板上连接器)单个设计和仿真流程中结合 ECAD (PCB, 封装) 和 MCAD (连接器)板上连接器55第51页，共60页。HFSS 3D Layout 系统分析ECAD & MCAD 集成选择