Ansys HFSS — это программное обеспечение для трехмерного электромагнитного моделирования, которое предназначено для проектирования и моделирования высокочастотных электронных продуктов.
Общие сведения о программе Ansys HFSS
В сегодняшнем мире антенны применяются фактически во всех сферах, начиная от имеющихся почти у каждого человека мобильных телефонов, беспроводных принтеров и заканчивая оборудованием, используемым в оборонной промышленности, таким как фазированная антенная решетка для радиолокационной системы самолета или спутника. Программы электромагнитного моделирования считаются очень полезным инструментом при разработке антенных систем, который позволяет инженерам еще на этапе проектирования в виртуальном режиме осуществить оценку различных сценариев работы устройства.
Моделирование антенн в Ansys HFSS считается наилучшим вариантом среди 3Dпрограмм электромагнитного моделирования СВЧустройств и высокоскоростного оборудования, предназначенного для информационного обмена. Ansys HFSS имеет целый набор решателей, таких, как метод конечных элементов, метод моментов, гибридные методы, физическая оптика и так далее, и по этой причине может отлично подойти для проектирования самого разного ВЧ и СВЧ оборудования, в том числе антенн с учетом их местоположения на платформе. Присутствие большого количества решателей обеспечивает этой программе большую гибкость при наличии еще и достаточной универсальности.
Моделирование антенн в программе Ansys HFSS
Программа Ansys HFSS, которая обладает рядом технологий моделирования и автоматическим адаптивным сеточным генератором, может заслуженно считаться непререкаемым авторитетом по точности вычислений. Миниатюризация антенн, ограниченная пропускная способность канала, сжатые сроки разработки устройств, взаимодействие антенны с другими элементами и так далее, являются источником серьезных проблем для инженеров, занимающихся проектированием антенн. Для того чтобы преодолеть эти проблемы, программа Ansys HFSS способна предложить точное и эффективное автоматическое решение, что превращает ее в наиболее удобный инструмент для моделирования антенн.
В Ansys HFSS имеется возможность анализа таких базовых характеристик, как обратные потери, входной импеданс, усиление, направленность и различные поляризационные параметры. Отдельные особенности последующей обработки, такие как возможность наложить 3Dполе в дальней зоне на геометрию антенны, способны оказать проектировщикам очень большую помощь. При помощи Ansys HFSS также возможно получить электрические и магнитные поля в ближней и дальней зоне, что не очень легко выполнить при помощи прямого измерения.
Программа Ansys HFSS, в совокупности с опционной программой Optimetrics, предоставляет разработчикам возможность проведения параметрических вычислений, анализа чувствительности, статистического анализа, а также позволяет оптимизировать антенну, применяя такие способы, как квазиНьютон (Quasi Newton), шаблонный поиск (Pattern Search), метод последовательного нелинейного программирования (SNLP), генетические алгоритмы и так далее.
Главной отличительной чертой программы Ansys HFSS может считаться автоматическое адаптивное генерирование сетки. В системе ANSYS HFSS физика изучаемой модели задает будущую сетку, а не наоборот, то есть, это может обеспечить гарантированную точность вычислений. Подобная автоматизация процесса моделирования при гарантированной точности выделяет программу Ansys HFSS из всех иных программ электромагнитного моделирования СВЧустройств.
Алгоритм адаптивного генерирования сетки осуществляет уточнение сетки по всей геометрии модели. Данный процесс должен повторяться до тех пор, пока не будет выполнено достижение критерия сходимости или указанного количества проходов. При этом сетка будет сгущаться существенно быстрее там, где присутствует самая большая скорость изменения поля. На рисунке ниже изображен адаптивный процесс генерирования сетки на примере одного Patchэлемента решетки, которая работает на частоте 11,5 ГГц, с применением метода конечных элементов в программе Ansys HFSS.
Рисунок 1. Адаптивный процесс генерирования сетки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Программа Ansys HFSS может предложить следующий набор методов моделирования и инструментов в зависимости от типа задачи, которую следует решить:
- Метод конечных элементов (включено в HFSS).
- Метод интегральных уравнений (включено в HFSSIE).
- Метод физической оптики (включено в HFSSIE).
- Метод Галеркина (временная область) (включено в HFSSTR).
- Инструментальный набор для проектирования антенн (Antenna Design Kit), который содержит более пятидесяти стандартных конструкций антенн (включено в HFSS).
Метод конечных элементов может отлично подойти для 3Dгеометрии произвольной формы. Данный метод предполагает, что геометрическая модель должна быть автоматически разбита на определенное количество тетраэдрических компонентов, конформных соответствующим поверхностям геометрии. Тетраэдрические компоненты могут хорошо подойти для данного типа неструктурированной и неравномерной сетки, поскольку они могут растягиваться, чтобы в результате с максимальной точностью соответствовать заданной геометрии.
Формулировка «метод конечных элементов» предполагает применение современных математических методов, которые удовлетворяют уравнениям Максвелла для всей модели. Данный метод считается самым эффективным для моделей, которые содержат много разных материалов.
Метод интегральных уравнений (HFSSIE) позволяет расширить возможности классического метода конечных элементов. В основу решателя IE заложен 3Dметод интегральных уравнений или, говоря иначе, метод моментов, который позволяет эффективно решать открытые задачи излучения и рассеяния.
