Ansys HFSS 2022 R1/R2新功能要點

1.1求解器性能增強

FEM有限元求解器自動選擇使用Direct/Iterative求解器，降低用戶設置門檻，算法根據(jù)問題的端口數(shù)、矩陣量、網(wǎng)格數(shù)、網(wǎng)格質量和求解頻率等信息自動選擇應用哪種求解器，在提升仿真效率的同時盡可能減小內存的消耗。在分析復雜問題時還能應用混合的直接和迭代求解器，提升HFSS求解性能的同時保證了求解的高精度。以下對包含頭模在內的手機問題求解時，使用直接法、迭代法和自動選擇三種設置條件下所占的仿真資源數(shù)據(jù)對比。

用直接求解器求解多端口問題時減小內存消耗，以下案例用FEM直接法求解封裝問題，新版本內存占用減少25%。

僅計算S參數(shù)求解效率增強，在掃頻時通過改善S矩陣截至頻率提升內存使用效率，加速求解，以下是對片上問題掃頻仿真的數(shù)據(jù)對比，新版本效率提升44%。

新版本提供AMD CPU算法庫，支持使用AMD CPU對直接求解器加速，HFSS求解前會自動檢測計算節(jié)點使用的CPU供應商，針對AMD CPU，軟件會使用專門的算法庫支持并行加速。以下是并行加速效果對比，新版本使用AMD CPU算法庫加速效果提升了44%～82%。

網(wǎng)格融合（Mesh Fusion）功能求解效率提升，可以實現(xiàn)跨節(jié)點分布式矩陣求解和場恢復，提升分布式矩陣求解效率。

支持在非一致內存訪問（NUMA: Non-Uniform Memory Access）機器上自動設置HPC，基于檢測到的CPU槽數(shù)來確定MPI任務數(shù)，同一任務不會占用跨槽CPU。以下是Windows系統(tǒng)4槽計算節(jié)點上新老版本仿真時間的對比。

1.2 HFSS建模內核變更（Beta）

老版本HFSS建模內核是ACIS，2022版本開始建模內核變更為Parasolid。新版本HFSS打開老版本文件時，軟件會先自動完成模型的轉化，如果模型轉換失敗可以選擇刪除老版本文件里的建模歷史重新轉換，但該操作會導致丟失原HFSS設計里的參數(shù)化。

老版本HFSS設計里如果有非加密的3D Component，那新版本HFSS打開時將會自動完成模型內核切換。如果老版本設計里包含了加密的3D Component，則用新版本HFSS打開時不能自動把部件切換到Parasolid內核的版本，需要用戶先手動把加密的3D Component升級到最新的版本，再導入到新版本HFSS。

1.3HFSS 3D Layout寬帶快速掃頻功能（Beta）

老版本HFSS快速掃頻技術基于單個求解頻點抽取出周圍的頻率數(shù)據(jù)，該技術適用于求解相對帶寬比較小的問題，而且不支持求解頻變材料。新版本的寬帶快速掃頻技術基于求解多個頻點來實現(xiàn)快速的頻率掃描，可以用來求解相對帶寬更大的問題，更插值掃頻相比需要使用的頻點數(shù)量更少，效率更高。而且支持頻變材料的寬帶掃頻求解。

以下是對交叉數(shù)字微帶濾波器使用快速寬帶掃頻和插值掃頻的仿真結果對比，在超寬帶頻率范圍內兩者結果高度一致，插值掃頻求解了17個頻點，寬帶快速掃頻只求解2個頻點，相比插值掃頻快5.5倍。

寬帶快速掃頻求解過程中會對模型降階處理，求解時間更快，占用硬件資源更少，在求解更少頻點的同時還能保持極高的精度。以下是對多端口高速PCB問題的掃頻求解結果，兩者仿真數(shù)據(jù)一致，寬帶快速掃頻相比插值掃頻加速1.79倍。

1.4 HFSS 3D Component以及網(wǎng)格融合功能增強

網(wǎng)格融合功能支持Phi Plus Mesh，剖分過程中對鍵合線模型進行自動修復，真正實現(xiàn)并行的網(wǎng)格剖分，12核CPU并行情況下可實現(xiàn)超過10倍的加速效果，對復雜問題實現(xiàn)快速準確高質量的網(wǎng)格剖分。而且不僅使網(wǎng)格剖分更快，還能實現(xiàn)更快收斂，更少初始網(wǎng)格數(shù)量，更快掃頻。

網(wǎng)格融合功能支持Component網(wǎng)格優(yōu)先級設置，對Component和原生模型交疊的區(qū)域可優(yōu)先使用Component的網(wǎng)格技術進行剖分?？梢远xComponent的凈空區(qū)尺寸，無需手動創(chuàng)建。

可以把HFSS 3D Layout的設計創(chuàng)建成Layout Component，可以導入HFSS 3D，查看Layout Component的矩陣、場圖等，生成Layout Component時支持參數(shù)化，支持設置FEBI和混合求解區(qū)域，可在HFSS 3D中使用混合算法求解。

HFSS 3D導入的Layout Component只有外圍盒子和端口才是真實的幾何結構，內部其他部分都僅是顯示所用，可以設置Layout中與顯示相關的各種屬性。layout的參考坐標系在HFSS 3D中仍然可用，方便在3D中與其他結構裝配。

支持對Layout Component加密，可以選擇工藝加密和完全加密。工藝加密后看到的是混亂的疊層結構，不能看到介質材料定義，所有的PCB設計、網(wǎng)格和求解都被加密處理。完全加密的Layout Component導入后只能看到黑盒子，以及里邊的端口位置。

網(wǎng)格融合支持Layout Component，可以對3D和Layout部件設置不同的網(wǎng)格剖分方法，支持設置部件的網(wǎng)格剖分優(yōu)先級。（Beta）

1.5新的柔性PCB工作流程（Beta）

HFSS 3D Layout推出最新的柔性PCB專用仿真流程，該流程以ECAD為中心，把柔性PCB當成平面PCB一樣查看和編輯，有專門的流程來定義平面區(qū)和彎折區(qū)，還支持3D Component分層設計，方便將柔性PCB與其他部件或系統(tǒng)設計集成。對柔性PCB問題提供專門的網(wǎng)格剖分方法，自動實現(xiàn)區(qū)域分解，支持classic或Phi Plus網(wǎng)格剖分技術，可以對平面和彎折部分實現(xiàn)快速和高質量的網(wǎng)格生成。對柔性PCB采用更嚴格的三維電磁場仿真，準確考慮彎折的影響和電磁耦合。

1.6 IC Design Mode（Beta）

新版本HFSS 3D Layout推出專業(yè)的IC設計模式，導入GDS文件自動進入該模式，集成ECADXplorer功能可編輯高容量IC集成電路，針對IC設計覆蓋包含端口、網(wǎng)格反饋、求解、后處理等的端到端仿真流程，支持IC設計內各層級和基于單元的導航和編輯，包括了求解設置和其他相關選項。

1.7 SBR+求解器功能增強

求解體SBR+功能增強，可自動處理介質交界處的方向，金屬可存在于介質體的內部和表面。

支持在用SBR+求解的載體平臺上放置3D Component Array，陣列可被放置在參考坐標系上，方便操作，陣列需要被空氣盒子包圍。

新增快速頻率循環(huán)（FFL: Fast Frequency Looping）功能，推薦相對帶寬小于10%時使用，使用SBR+求解多發(fā)多收的MIMO天線問題時仿真效率提升超過10倍。

老版本未考慮表面粗糙度的情況下，SBR+仿真結果過于理想化。新版本HFSS SBR+求解器支持設置表面粗糙度模型，不用獲取詳細的CAD細節(jié)和很大的計算資源即可評估表面粗糙度特征，可以使用快速頻率循環(huán)和GPU幫助仿真加速，仿真更高效、真實和準確。

可設置幾何光學遮擋模型，當被照亮區(qū)域很小或者在陰影區(qū)時，幾何光學會明確標識陰影區(qū)域，讓不容易被觀察到的陰影處更加直觀。

場鏈接方式可計算方向性，方向性結果包括了區(qū)域損耗，求解輻射功率時包含了金屬損耗。

共形的電流源可視化，導入的SWE圖可視化。

VRT可實現(xiàn)總共和累計的射線長度篩選。

1.8 濾波器綜合設計工具功能增強

Nuhertz改進了濾波器自動離散優(yōu)化功能，支持調用Medelithics器件庫中的SMD器件替換濾波器設計中理想的RLC，使用HFSS優(yōu)化算法對集總參數(shù)的濾波器設計尋優(yōu)，實現(xiàn)快速準確的濾波器設計。下圖左側是自動離散優(yōu)化前的濾波器Layout設計和S參數(shù)結果，右側是優(yōu)化后的結果。

1.9 HFSS 3D其他性能和易用性改進

用于編輯激勵源和天線參數(shù)的交互式對話框。

通過選擇導體邊緣和參考地，自動創(chuàng)建集總端口，提升建模效率。

以參考坐標系為基準導出場計算器的數(shù)據(jù)。

增強的場和網(wǎng)格顯示功能，在單個對話框中選擇求解、場量、層、Nets和三維結構。

IE區(qū)域支持存在混合的金屬和介質材料（正式發(fā)布）。

HFSS支持對導入的輕量級幾何文件（STL）設置成IE區(qū)域，進行混合算法求解。

同一個HFSS 3D設計中同時存在Modal和集總端口（正式發(fā)布）。

瞬態(tài)的隱式求解器可求解各向異性材料。

EMC工具庫中增加新的部件，增加AEC/JEDEC人體模型， ISO10605道路車輛測試的ESD源部件，ISO7637-2測試的EFT源部件。

二次電子散射模型精度提高，提升低氣壓放電的仿真精度。

正式發(fā)布射頻放電（RF Discharge）仿真功能，擴展內嵌的氣體庫種類，與實驗結果更接近的電子崩參數(shù)。

1.10 HFSS 3D Layout其他性能和易用性改進

支持新的矩陣收斂判斷標準，輸出以差分對為函數(shù)的變量。

在項目樹中顯示3D Component，可方便選擇、編輯、更改顯示屬性等。

改善的模型交叉檢查性能。

場后處理功能增強，顯示體損耗密度、可選擇三維線進行場計算。