ANSYS HFSS軟件是高頻電磁場仿真軟件的行業(yè)標準。其黃金標準的精度、先進的求解器和高性能計算技術使其成為負責在高頻和高速電子設備和平臺上執(zhí)行準確、快速設計的工程師們的必備工具。HFSS 提供基于有限元、積分方程、漸進和高級混合算法的最先進的求解技術，旨在計算各種各樣的微波、RF（射頻）和高速數(shù)字化等問題。
HFSS為部件提供三維全波精度的仿真技術，從而實現(xiàn) RF 和高速設計。通過高級電磁場求解器和強大的諧波平衡和瞬態(tài)電路求解器之間的動態(tài)鏈接，HFSS 打破了重復設計迭代和冗長物理原型制作的循環(huán)。借助 HFSS，工程團隊在包括天線、相控陣、無源 RF / 微波組件、高速互連、連接器、IC 封裝和 PCB 等廣泛應用中持續(xù)地實現(xiàn)一流設計。
HFSS 通過其具有突破性的，行業(yè)領先的自適應網(wǎng)格生成技術，提供設計簽核準確性。其強大的網(wǎng)格生成和求解器技術讓您明白 HFSS 提供的結(jié)果值得信賴，因而能夠放心地開展設計。其他工具只是給出答案，沒有關于解的準確性的任何反饋，從而引起不確定性。當與 ANSYS HPC 技術（如域分解或分布式頻域求解）結(jié)合使用時，HFSS 能夠以前所未有的速度和規(guī)模進行仿真，進而讓您能夠更全面地探索和優(yōu)化設備的性能。使用 HFSS，您就會確定自己的設計將會兌現(xiàn)產(chǎn)品承諾。
高頻電磁求解器
ANSYS HFSS 采用了高精度有限元方法 (FEM)、大規(guī)模矩量法 (MoM)技術 和超大規(guī)模彈跳射線 (SBR) 漸
進法、先進的繞射和爬波物理學方法，可有效實現(xiàn)更高的精確度 (SBR+)。ANSYS HFSS 仿真套件包含以下求解器，可解決涉及小型到大型電氣結(jié)構(gòu)的各種電磁問題：
HFSS HFSS SBR+
頻域 彈跳射線
時域 物理光學
積分方程 物理繞射理論
混合技術 一致性繞射理論
爬波
ANSYS HFSS
一個 HFSS 包當中包含多個仿真引擎，每個引擎針對一種特定應用或仿真輸出。
HFSS 混合技術
FEM-IE 混合技術建立在 HFSS FEM、IE MoM 和 ANSYS 域分解方法 (DDM) 專利技術的基礎上，解算復雜的大型電氣系統(tǒng)。應用恰當?shù)那蠼馄骷夹g后，具有大量幾何細節(jié)和復雜材料的局部區(qū)域會運用有限元 HFSS 來求解，而大型對象或已安裝平臺的區(qū)域則可以使用三維 MoM HFSS-IE 來求解。該解決方案通過單個可擴展的全耦合系統(tǒng)矩陣在單個設置中提供。
有限元方法（頻域）
這就是高性能三維全波頻域電磁求解器，基于經(jīng)過驗證的有限元方法。工程師能夠計算 SYZ 參數(shù)和諧振頻率、可視化電磁場，并生成組件模型，以便評估信號質(zhì)量、傳輸路徑損耗、阻抗失配、寄生耦合和遠場輻射。典型的應用包括天線/移動通信、集成電路、高速數(shù)字和 RF 互連、波導、連接器、過濾器、EMI/EMC 等。
有限元瞬態(tài)（時域）
有限元時域求解器用于模擬瞬態(tài)電磁場行為，可對諸如時域反射技術 (TDR)、雷擊、脈沖探地雷達 (GPR)、靜電放電 (ESD) 和電磁干擾 (EMI) 等典型應用中的場或系統(tǒng)響應進行可視化。其利用與頻域求解器相同的有限元網(wǎng)格劃分方法，無需切換網(wǎng)格劃分技術來切換仿真域。瞬態(tài)求解器對頻域 HFSS 求解器進行補充，使工程師可在同一個網(wǎng)格上同時了解時域和頻域的電磁特點。
積分方程
積分方程 (IE) 求解器采用三維矩量法 (MoM)技術，可有效解決開放輻射和散射問題。其非常適用于諸如天線設計和/或天線放置等輻射研究，以及雷達散射截面 (RCS) 等散射研究。求解器可以使用多層快速多極子算法 (MLFMM) 或自適應交叉近似 (ACA)，減少內(nèi)存需求和求解時間，該工具的使用能夠用于解決非常大的問題。
HFSS 快速模式
在產(chǎn)品設計周期的早期階段，快速仿真結(jié)果可以提供有關設計趨勢的寶貴洞見。為此，HFSS 納入了快速仿真模式。快速模式可以調(diào)整求解器和自適應網(wǎng)格劃分器，既能盡快返回結(jié)果，又不會過于降低解決方案的精確度。然后，隨著設計接近尾聲，可使用一個簡單的滑塊設置對 HFSS 求解器進行設定，讓其使用 HFSS 經(jīng)過行業(yè)測試的權威精確度回歸到驗證級簽核交付精確度。
ANSYS HFSS SBR+
SBR+ 是唯一一款能夠?qū)崿F(xiàn)彈跳射線 (SBR) 技術的商用電磁求解器，可同時一致地執(zhí)行物理繞射理論 (PTD)、一致性繞射理論 (UTD) 和爬波物理學方法，為數(shù)百上千個波長的大型電氣平臺在尺寸方面仿真已安裝天線的性能。
SBR 使用光線追蹤技術，對天線平臺上的表面感應電流或由導體和電介質(zhì)組成的散射幾何條件進行建模。借助 SBR+ 求解器，工程師可對中等、大型及巨大平臺上的遠場已安裝天線輻射形式、近場分配和天線到天線耦合（S 參數(shù)）做出快速準確的預測。可在車輛、飛機、雷達罩等大型結(jié)構(gòu)中對傳輸和反射建模。此外，HFSS SBR+ 可提供有效的雷達標記建模，包括大型電氣目標的 ISAR 圖像。
物理繞射理論
物理繞射理論 (PTD) 楔形校正功能用于校正沿已安裝天線平臺銳利邊緣的 PO 電流，以改善電磁場繞射。
一致性繞射理論
工程師可以對由發(fā)光幾何邊緣造成并由 PTD 楔形識別的一致性繞射理論邊緣繞射 (UTD) 射線建模。對于散射幾何形狀的重要部分未受到直接照明或多次反射照明的情況而言，這一點非常重要。
爬波物理學
SBR 解決方案中的爬波物理學方法可提高直接安裝在彎曲結(jié)構(gòu)上的天線的精確度。其能夠捕捉場源照明范圍以外的表面波的影響。
加速多普勒處理
加速多普勒處理 (ADP) 可將 ADAS、自動駕駛車輛和其他近場雷達系統(tǒng)中使用的長中短程脈沖多普勒和線性調(diào)頻連續(xù)波 (FMCW) 雷達進行加速處理，仿真速度可提升逾 100 倍。ADP 在 ANSYS Electronics Desktop 中納入了集成的距離多普勒影像圖后處理和動畫。除 ADP 外，增益和自耦合天線鏈路還簡化了整個雷達設計流程，因此雷達傳感器仿真結(jié)果可以無縫地應用于安裝性能建模和雷達環(huán)境距離多普勒仿真。該工作流簡化了雷達傳感器設計師與設備制造商之間的協(xié)作，方便他們將傳感器安裝到車輛和大型環(huán)境雷達仿真中。
可靠性和自適應網(wǎng)格劃分
工程師了解并依靠 ANSYS HFSS 來自動提供準確的解決方案。可靠性的關鍵是自適應網(wǎng)格細化，其能夠根據(jù)設計的物理學和電磁學生成準確的解決方案。此功能與其他電磁 (EM) 仿真工具的不同之處在于，其他電磁仿真工具要求工程師了解如何對結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分才能獲得準確的解決方案。自適應網(wǎng)格劃分是一項高度穩(wěn)健的網(wǎng)格劃分技術，能夠盡可能快地生成有效網(wǎng)格，從而保證解決方案的準確度。您只需導入或繪出幾何形狀，并指定所需材料、邊界條件、勵磁和頻帶，HFSS 會完成剩下所有的工作。
為了盡量減少對導入的 CAD 幾何形狀進行“修復和清潔”，HFSS 中納入了強大 TAU flex 網(wǎng)格劃分技術。TAU flex 可快速從“最臟”的模型中生成可靠的初始網(wǎng)格，方便您使用 HFSS 準確可靠的求解器技術迅速推進求解過程。
優(yōu)化用戶環(huán)境
功能齊全的三維實體建模器和布局界面讓您能夠在布局設計流程中操作，或?qū)牒途庉嬋S CAD 幾何形狀。
HFSS 3D 建模器：三維界面讓您能夠仿真復雜的三維幾何形狀或?qū)?CAD 幾何形狀，用于仿真高頻組件，如天線、射頻微波組件和生物醫(yī)學設備等。您可以提取散射矩陣參數(shù)（S、Y、Z 參數(shù)）、對三維電磁場（近場和遠場）進行可視化，并生成鏈接到電路仿真的 ANSYS Full-Wave SPICE 模型。
HFSS 3D 布局：HFSS 3D 布局是用于 PCB、IC 封裝和片上無源器件分層幾何形狀的優(yōu)化界面。其適用于對 PCB 和封裝的信號完整性進行分析，包括全波或輻射影響。其應用范圍涵蓋具有復雜分路區(qū)域的高速串行鏈路和參考不良的傳輸線，以及貼片天線和毫米波電路。工程師可以繪制或?qū)霂缀涡螤睿瑢﹄姶盘匦赃M行分析、顯示輻射場、研究阻抗和傳播常數(shù)，以及深入探索 S 參數(shù)或計算插入和返回損失。
模型在布局環(huán)境中組裝和渲染，不過，所有的影響都經(jīng)過嚴格仿真，包括跡線厚度和蝕刻、鍵合線以及焊球等三維特征。布局幾何形狀主要采用堆疊和過孔、引腳、跡線及鍵合線等專用基元以 2.5D進行描述。編輯器完全采用參數(shù)化設計，因此能夠針對清掃、優(yōu)化或?qū)嶒炘O計 (DOE)，輕松對跡線寬度或厚度進行改變或參數(shù)化。3D 布局內(nèi)的 HFSS 求解器具有多個專門針對 PCB 和封裝結(jié)構(gòu)的功能。這些功能包括針對分層幾何形狀和集成電路元件優(yōu)化的高級網(wǎng)格劃分技術，以及用于離散組件建模的 S 參數(shù)。
若要準確預測某個系統(tǒng)的性能，分析集成環(huán)境中組件與子系統(tǒng)之間的電子交互至關重要。HFSS 3D 布局支持創(chuàng)建 PCB 組件及連接電路板、IC 和離散組件。采用此方法，您可以選擇將3D 連接器模型置于 PCB 上，而無需創(chuàng)建電路圖。電氣工程師長期以來一直使用以電路圖為基礎的設計入口將印刷電路板、IC 封裝和組件的模型連接在一起。這種方法適用于相對簡單的設計，但對于規(guī)模更大和更為復雜的設計而言卻十分冗長費時且容易出錯。采用布局驅(qū)動組件，可以根據(jù)幾何形狀自動建立引腳連接。創(chuàng)建組件后，HFSS 3D 布局便可以調(diào)用一系列適用于各個組件的求解器，或者可以合并幾何形狀一起求解。
您可以從 HFSS 3D 布局界面訪問包括 HFSS、SIwave 和 Planar EM 在內(nèi)的眾多求解器。這樣便可以從同一設計和幾何形狀使用快速 SIwave 求解器進行迭代設計，并使用 HFSS 執(zhí)行嚴格的驗證。
三維組件
ANSYS 三維組件是更大仿真實驗中的分立子組件，可輕松重復用于在 ANSYS HFSS 中進行電磁仿真。三維組件囊括幾何形狀、材料屬性、邊界條件、網(wǎng)格設置、勵磁和離散參數(shù)控件。它們可以便捷地重復用于設計天線、連接器和表面貼裝設備（如片狀電容、電感和分立型 LTCC 濾波器）等設備。為在整個行業(yè)內(nèi)實現(xiàn)廣泛合作，可使用密碼保護、文檔加密和創(chuàng)建設置來創(chuàng)建 ANSYS 三維組件，以便慎重地控制對組件最終用戶可見的功能。但由于 HFSS 仿真引擎完全了解仿真實驗內(nèi)的整個組件，因此，能夠提供完全耦合的完整電磁仿真結(jié)果。
可以將 ANSYS 三維組件比作仿真實驗的構(gòu)造塊，作為即插即用型模塊使用。由于三維組件可提供完全耦合的電磁分析，相較于僅提供試驗裝置上組件所做響應的 S 參數(shù)模型，它們擁有顯著優(yōu)勢。系統(tǒng)集成商只需將組件添加到系統(tǒng)上，例如飛機天線的3D組件，來仿真天線的安裝性能。集成商可以這樣做的原因是，他們有信心使用 ANSYS HFSS 仿真結(jié)果可以代表完全耦合且準確的模型。
分立器件的供應商和開發(fā)商可以在 ANSYS HFSS 內(nèi)創(chuàng)建已就緒可執(zhí)行仿真的三維組件，并將這些三維組件提供給最終用戶，將它們用于更大型系統(tǒng)仿真。擁有了此三維組件合作能力，供應商便可向其客戶提供可以執(zhí)行 HFSS 仿真的模型，讓客戶的設計一次性成功，給客戶帶去重要價值。
Modelithics? 是 ANSYS 的合作伙伴，提供了 HFSS 3D 組件的授權庫。庫內(nèi)包含適用于 Barry QFN 封裝、RJR QFN 封裝、Coilcraft 電感器、Johanson 電容器、Mini-Circuits 濾波器和 Gigalane 同軸連接器的模型。
高級相控陣天線仿真
在 ANSYS HFSS 中，工程師可以通過先進的單元仿真，對具有所有電磁效應的有限及無限相控陣天線進行模擬，包括互耦、陣列晶格定義、有限陣列邊緣效應、假元件、元件消隱等。備選陣列設計可檢驗任何光束掃描條件下所有元件的輸入阻抗。根據(jù)任何相關掃描條件下元件的匹配（無源或受激）遠場及近場模式行為，可在元件、子陣列或完整陣列層面上對相控陣天線的性能進行優(yōu)化。
無限陣列建模涉及放置在單元內(nèi)的一個或多個天線元件。該單元包含周圍墻壁上的周期性邊界條件，以對場進行鏡像，從而創(chuàng)建無數(shù)元件。可以計算每個元件的掃描阻抗和嵌入式元件輻射圖，包括所有互耦效應。該方法對于預測在一定的陣列波束控制條件下可能出現(xiàn)的陣列盲區(qū)掃描角度特別有用。
有限陣列仿真技術利用具有單元的域分解，為有限大小的大型陣列快速求解。該技術能夠執(zhí)行完整的陣列分析，預測所有互耦合、掃描阻抗、元件圖案、陣列圖案和陣列邊緣效應。
高性能計算
電子 HPC
ANSYS 電子 HPC 支持并行處理，可以解決非常棘手、頗具挑戰(zhàn)性的模型，即具有詳盡幾何細節(jié)、大型系統(tǒng)和復雜物理學的模型。ANSYS 遠遠不止是簡單的硬件加速，還提供開創(chuàng)性的數(shù)值求解器和 HPC 方法。這些方法針對多核機器進行了優(yōu)化，并且可以擴展，以便充分利用整個集群的優(yōu)勢。所需 HPC 的數(shù)量僅取決于分析中所用內(nèi)核的總數(shù)，與所采用的 HPC 技術無關。
多線程：ANSYS 電子 HPC 利用單臺計算機上的多個內(nèi)核來縮短解算時間。多線程技術加快了初始網(wǎng)格生成、矩陣求解和場復原。
光譜分解方法：光譜分解方法 (SDM) 在并行計算核心和節(jié)點中分配多個頻點，從而加速頻率掃描。雖然 SDM 可并行處理多頻點提取，不過您可以將此方法與多線程結(jié)合起來使用，加快單個頻點的提取。
域分解方法：域分解方法 (DDM) 通過在多核和網(wǎng)絡化節(jié)點上分布仿真，加速更大和更復雜幾何形狀的求解。此方法主要用于使用分布式內(nèi)存解決較大的問題。其也可以結(jié)合多線程和 SDM，對仿真可擴展性進行改進并提高仿真吞吐量。
周期性域分解：周期性域分解將 DDM 應用于有限周期性結(jié)構(gòu)，例如天線陣列或頻率選擇表面。此法虛擬復制周期性結(jié)構(gòu)單元的幾何形狀和網(wǎng)格，然后將 DDM 算法應用于得到的有限大小的陣列，從而求解所有單元的唯一場。仿真能力和速度得到大幅提升。該方法可與多線程和 SDM 結(jié)合使用，能夠進一步加快解決速度。
混合域分解法：混合 DDM 在由有限元 (FE) 和積分方程 (IE) 域組成的模型上使用域分解方法。HFSS IE 求解器附加組件允許您創(chuàng)建能夠解決極大電磁問題的 HFSS 模型。這種方法結(jié)合了 FEM 處理復雜幾何形狀的優(yōu)勢，以及 MoM 用于天線和雷達截面積分析的高效解決方案的優(yōu)點。混合 DDM 可與多線程和 SDM 結(jié)合使用，能夠進一步加快解決速度。
分布式直接矩陣求解器：分布式直接矩陣求解器是用于 HFSS 和 HFSS-IE 求解器的分布式存儲器并行技術。矩陣的解決方案分布在多核或 MPI 集成計算機上。它通過增加 MPI 內(nèi)存訪問提高可擴展性，再通過增加 MPI 網(wǎng)絡內(nèi)核訪問來提高速度，從而實現(xiàn)高精度直接矩陣求解器解決方案。這些分布式存儲器矩陣求解器可以與多線程和 SDM 結(jié)合使用，能夠進一步提高仿真吞吐量。
云端 HPC：ANSYS Cloud 服務讓高性能計算 (HPC) 功能的訪問和使用也變得極為容易。它是由 ANSYS 與 HPC 領先的云平臺 — Microsoft Azure 合作開發(fā)的。其已集成到 Electronics Desktop，因此您可以從設計環(huán)境中按需獲取無限的計算能力。
DDM 將網(wǎng)格子域解決方案分發(fā)給多個內(nèi)核，包括聯(lián)網(wǎng)的計算內(nèi)核。通過并行求解這些子域，您可以顯著提升仿真能力和速度。
RF 選項
ANSYS RF 選項結(jié)合 HFSS，可以創(chuàng)建端到端的高性能 RF 仿真流程。該選項不僅包含 ANSYS EMIT — 用于在具有多個干擾源的復雜 RF 環(huán)境中預測 RF 系統(tǒng)性能的獨特多保真方法，還提供快速識別 RFI 問題根本原因所需的診斷工具。RF 選項中還有 ANSYS 電路，而該電路則包含諧波平衡電路仿真、2.5 D平面力矩方法求解器、過濾器合成等功能。
RF 選項功能
EMIT
RF 鏈路預算分析 內(nèi)置無線傳播模型 RF 共址和天線共存分析 用于快速根本原因分析的自動診斷
快速評估和比較潛在的緩解措施 RF 無線電和組件庫 多保真行為無線電模型 天線到天線耦合模型
電路分析
線性 瞬態(tài) 采用多個連續(xù)選項進行的 DC 分析 多頻源諧波平衡分析
打靶法
振蕩器分析
自主增強驅(qū)動源選項
時變噪聲和相位噪聲分析 包絡分析
多載波調(diào)制支持
負載牽引分析和模型支持 周期傳輸功能分析 瞬態(tài)分析
ANSYS EMIT 可以解決完整的 RF 環(huán)境問題，包括射頻干擾。
SI 選項
與 ANSYS SI 選項組合使用的 HFSS 非常適合分析 PCB、電子產(chǎn)品封裝、連接器和其他復雜互連設計中的信號完整性、電源完整性，以及時間減少和噪聲容限縮小引起的 EMI。配備 SI 選項的 HFSS 可輕松應對 IC、封裝、連接器和 PCB 各晶圓現(xiàn)代化互連設計的復雜性。利用與強大的電路和系統(tǒng)仿真動態(tài)鏈接的先進 HFSS 電磁場仿真功能，工程師可以在早于構(gòu)建硬件原型之前很久就了解高速電子產(chǎn)品的性能。這種方法可加快上市時間，降低成本，提高系統(tǒng)性能，使電子公司獲得競爭優(yōu)勢。ANSYS SI 選項為 HFSS 添加了瞬態(tài)電路分析功能。這能幫助工程師開發(fā)包含驅(qū)動電路以及通道的高速通道設計。驅(qū)動電路可以是晶體管級電路、基于 IBIS 的電路或理想的電源。在這些通道上進行分析時，可選擇不同分析類型：
線性網(wǎng)絡分析（包含于 HFSS）
瞬態(tài)分析
QuickEye 和 VerifEye 分析，可在高速通道設計、浴盆曲線、抖動和眼圖遮罩中快速生成眼圖
支持 Spectre? 和 HSPICE? 功能的蒙特卡羅分析
能夠自動收斂的 DC 分析
與 ANSYS Q3D Extractor 和 ANSYS SIwave 建立的動態(tài)鏈接
IBIS-AMI 分析和模型支持
使用 ANSYS SI 選項完成的 DDR3 仿真，顯示了 DQ、DQS 和計時眼圖。
多域系統(tǒng)建模
ANSYS Simplorer 是一個強大的平臺，可為系統(tǒng)級別數(shù)字原型建模并進行仿真，集成了 ANSYS Maxwell、ANSYS HFSS、ANSYS SIwave 和 ANSYS Q3D Extractor。工程師可驗證和優(yōu)化軟件控制型多域系統(tǒng)設計的性能。Simplorer 具有靈活的建模功能，并與 ANSYS 3D 物理仿真緊密集成，廣泛支持裝配和仿真系統(tǒng)級物理模型，幫助工程師進行概念設計、詳細分析和系統(tǒng)驗證。Simplorer 對于電力驅(qū)動系統(tǒng)設計、發(fā)電、電力轉(zhuǎn)換、蓄電和配電等應用極佳，以及 EMI/EMC 研究和通用多域系統(tǒng)優(yōu)化與驗證。
Simplorer 功能：
電路仿真 框圖仿真 狀態(tài)機仿真 VHDL-AMS 仿真 集成化圖形建模環(huán)境
模型庫
模擬和電源電子產(chǎn)品組件 控制模塊和傳感器 機械組件 液壓組件 數(shù)字和邏輯模塊
應用專用庫
航天電子網(wǎng)絡 電動車輛 電力系統(tǒng) 制造商特色組件 降階建模
電源電子設備和模塊表征 與 MathWorks Simulink 協(xié)同仿真
EMI 掃描儀
此功能可完成 PCB 的自定義自動 EMI 設計規(guī)則檢查。在仿真之前，EMI 掃描器可以快速識別對 PCB 設計有潛在干擾的區(qū)域。傳統(tǒng)上來說，EMI 問題難以仿真，并且所需計算時間較長。ANSYS SIwave 和 ANSYS HFSS 中的這一新功能可以快速識別需要進一步調(diào)查的潛在故障點。這就消除了錯誤，加快了上市時間。
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