天线年会 | Ansys专场技术研讨会：聚焦HFSS底层技术与应用

编辑整理：肖运辉 | Ansys中国高频产品线技术经理

“2021全国天线年会”将于10月24日-27日在宁波召开， 25日Ansys将在现场启动专场技术研讨会——聚焦HFSS底层技术与应用，希望给业界同仁带来有价值的技术参考，以及激发创新思考的活力，欢迎广大专业技术人员参会交流。

众所周知，HFSS是一款通用的三维电磁场仿真软件，涵盖了有限元，积分方程，弹跳射线法，时域算法等多种算法，能解决射频微波毫米波等各个频段的电磁问题，在电路和电磁场两方面协同工作，提供三维界面以及3D Layout界面，分别适应于不同的应用场景，经过几十年的技术迭代和不断的功能扩充以后，HFSS软件已经成为公认的行业标杆仿真工具。

历年天线年会上Ansys都分享了最新的电磁仿真技术进展，与各位工程师交流仿真方法和技巧，在上一届昆明天线年会上Ansys携团队成员同样带来专业技术分享，获得广大用户的喜欢和肯定。希望本次年会也获得大家一如既往的支持，通过知识分享与技术探讨的同时，打开更多的合作空间。

从当前的技术发展来看，已经进入一个高科技蓬勃发展的新时代。

代表人类科技高峰的新科技日新月异，如5G、自动驾驶、芯片等，而与这些科技密切相关的核心学科之一就是电磁场与电磁波，天线就是电磁场与电磁波的核心方向。所以，聚焦在天线与天线相关问题领域，将简要列举几个代表性的仿真技术革新与演进方向，与大家一起管中窥豹，略见一斑吧。

5G的发展，在民用领域将相控阵技术推到聚光灯下，成为众多天线技术的C位主角。大规模阵列设计和仿真是阵列技术的最核心需求，这些问题主要体现在以下几个方面：

• 单元选型与快速设计，优化

• 阵面的快速设计，建模，组阵，计算，后处理

• 阵面与馈电网络，有源电路的协同设计和仿真

• 阵面与整机环境平台的一体化考虑

• 阵列的电热结构等多个维度性能综合设计评估

大型阵列天线

世界本就是多物理的，而科学体系的建立，是将问题简化抽离以后的理论体系，所以学术理论研究往往是去耦的。随着工程技术的进步，研究手段的发展，已经不能简单的在单一的学科来研究，而是沿着多学科协同和多物理场耦合的方向发展，其应用的深度和复杂程度，取决于仿真软件的发展水平和物理问题的模拟要求。

基于多个不同学科的仿真技术，要考虑真实物理的多场耦合效应，就需要合理的将多个物理场的相互关系描述清楚，相互数据的传递和依赖表达到位，这项工作看似简单，实则非常复杂，对仿真软件的要求和软件技术层面的实现要求，非常之高，这也是耦合场技术从提出到现在已经有十几年的时间，却并没有得到极大普及的一个关键因素。

另一个挑战，是来自于用户。每个工程师，都会有自己的知识背景和学科局限，对其他学科的问题理解都不会那么深，这就可能带来应用方面的障碍。跨学科的用户，难于在多个学科方向都达到比较好的应用深度，所以，专业的门槛需要用软件技术的手段加以弥补，而这对软件工具的研发提出了更高的要求。

天线罩+天线一体化多物理场仿真流程

科技发展到现在，从来都是一场马拉松式的赛跑，软件硬件飞速发展，齐头并进，相比十年前，不知道提升了多少倍的计算能力。然而，我们对于仿真计算的需求，却依然没有得到完美的满足，总是存在有极大挑战的问题需求。因此，仿真工程的本质，是对资源效率和时间效率的极致追求。

简单可以从几个方面来看待这种需求，这也是追求最先进技术手段的必然选择，每个节点都希望能达到极致：

• 流程压缩，将手动的，按步骤的执行任务，用批处理的方式，形成自动化的流程，实现效率的大幅提升；

• 后处理自动化，后处理本质上是数据提取的过程，在现有应用中，可能会用仿真数据替代一部分实验，需要提取大量的数据以及数据处理，手动的方式会带来效率问题，需要将后处理的工具尽量按照需求做个性化定制，完成一键式数据后处理，极大地提升效率；

• 自动优化，采用高效能的优化工具，将物理问题在数学空间上做优化分析，快速得到优化方案，在分秒必争的竞争市场，时间就是生命，对性能和时间的极致追求，渴望最高效的优化手段；

• HPC加速，软件算法的进步，离不开硬件平台的加持，利用一切可利用的手段，为仿真过程加速，比如多核，多机，扫频，扫参，域分解等各种并行加速手段；

• 多学科集成，在同一个用户环境中，完成多个学科的耦合场分析，共享模型数据，省去模型和数据传递以及信息交换带来的效率问题，降低风险；

• 对物理问题的最小化表达，同样一个问题，在满足精度要求的前提下，用尽量少的网格表达，可获得更高的效率。这个需求本质上是最需要得到精细设计者关注的，而应用层面上，往往没有得到该有的重视，而是交给软件来做。这本身并没有错，但在追求极致效率的场合，我们需要把主动权抢回来，在模型和网格层面做干预。即用尽量少的网格，获得物理问题的最高性价比表达，比如网格控制，网格融合等技术的采用，就是为了达到此目的。

采用HFSS Mesh Fusion完成车辆测试环境的精细建模和仿真

本次天线年会Ansys将为大会带来一场聚焦HFSS电磁场仿真应用的专场技术研讨会，基于会议议题和应用方向，展开围绕以上几个维度需求的技术讨论。主要演讲题目与内容简介如下：

会议主题：HFSS应用最佳实践：一种频率可重构SIW背腔缝隙阵列天线

嘉宾：燕杰

燕杰，Ansys售后技术支持工程师，主要负责HFSS高频产品。硕士毕业于南邮电磁场与微波技术专业，曾从事通信终端射频研发工作，主要包括手机、笔记本等消费电子的天线研发，具有多年高频产品仿真经验。

关键词：SIW，可重构，加载开关，多物理场

简介：本主题提出了一种基于等腰直角三角形基片集成波导（SIW）谐振腔的频率可重构紧凑型缝隙阵列天线，可通过在辐射缝隙上加载开关使用不同集总元器件来改变天线工作频率，从而使得天线的工作带宽拓宽。其中小型化单元天线通过同轴馈电工作在主模式，未加载开关器件时中心谐振频率为6.11GHz，增益为6.1dBi，加载5nH电感时中心谐振频率为6.23GHz，增益为6.3dBi，由72单元组成的天线阵列最大增益可达到22dBi，较圆形或者矩形SIW背腔缝隙天线阵列，该平面阵列天线节能得到更好的辐射性能，结构更加紧凑。

议题1：Ansys全能大型阵列天线系统仿真解决方案

嘉宾：罗辉

罗辉，Ansys公司高频应用工程师，负责HFSS等高频电磁仿真软件的售前售后技术支持，在天线、微波器件、射频电路和射频系统干扰等应用方向具有深厚的行业经验和技术积累，为客户提供量身定制的高频电磁场仿真方案、软件使用培训和设计咨询等各方面服务。

关键词：3D component, unit cell, FA-DDM, CA-DDM, 场路协同，多物理场

简介：随着军用、民用等多方面需求的驱动，大型阵列天线系统技术被极大地推动，日趋复杂的设计需求也带来了更大的设计挑战，如大规模阵列仿真、MIMO模拟、有源天馈系统性场路协同、电热力多物理场耦合等。本主题主要介绍HFSS软件在阵列天线系统设计仿真方面的解决方案，以及HFSS在相控阵设计仿真流程中的关键功能更新，讲解由单元选型和优化、灵活的阵列建模、大规模并行计算、场路协同、多物理场等多个方面组成的完善的阵列天线全系统仿真流程。

议题2：5G毫米波天线仿真——HFSS 5G工具箱

嘉宾：吴紫玉

吴紫玉，Ansys高级应用工程师，毕业于电子科技大学，获工学硕士学位。从事通信天线研发、终端天线（手机、平板、CPE）研发多年，具有多种形态天线开发、产品知识和工程实践经验。现任Ansys中国高级应用工程师，负责Ansys高频产品线的方案开发、咨询与技术支持工作。

关键词：TAU flex mesh, CDF, PD, 5G ACT, 3D component

简介：“真”5G手机是将毫米波天线模块放置在手机中，5G手机天线设计又面临着新的挑战：“新频段、新形态 “天线模块在手机中的布局应用，波束控制的codebook应用，毫米波的覆盖问题（CDF）、电磁暴露认证计算PD（Power Density）值，用以排除各Beam ID的实测低值项等问题。面对5G 毫米波天线在手机中的新应用，HFSS软件也跟随新技术开发的步伐，3D compoent技术方便天线模块布放，TAU FLEX mesh加速网格剖分，后处理内置5G ACT工具箱（CDF、PD值计算），在HFSS精确计算电磁场的基础上，进一步方便用户对5G通信问题进行快速计算研究，加速手机终端产品推陈出新。

议题3：电大与场景问题的求解：混合算法/SBR+

嘉宾：曹根林

曹根林，Ansys高级应用工程师，北京理工大学电磁场与微波专业硕士，有10年以上天线设计经验，主要负责Ansys高频产品线的方案开发、咨询与技术支持等。长期从事微波与雷达天线设计工作，尤其在复合单脉冲雷达天线，如双波段复合、双极化复合、微波/红外复合等领域拥有丰富经验。

关键词：混合算法，动态场景，介质SBR

简介：仿真软件可以帮助我们更快更好的设计、优化、分析问题，已经与我们的研发工作密不可分。而越来越多的电大尺寸问题的大规模计算，正向我们提出更大的挑战。本次主要介绍最新版Ansys HFSS的混合求解、SBR算法，在大规模场景级问题中的应用技巧，以及一些典型的应用案例，如智能家居、无人驾驶等。

议题4：AEDT电热耦合仿真最佳实践展示

嘉宾：王晓峰

王晓峰，高频电磁场仿真主任应用工程师，工学硕士，毕业于电子科技大学电磁场与微波技术专业。先后在Sigrity公司，EMSS公司，Altair公司从事软件开发和电磁场仿真应用支持等工作。在天线微波、目标特性及电磁兼容等领域拥有十多年的电磁仿真经验，为众多国内科研院所提供了仿真支持及咨询工作，对电磁场仿真算法体系及相关软件有系统性了解和研究。

关键词：应用场景演示，icepak, HFSS in AEDT          

简介：Ansys电子桌面AEDT是专为电子设计工程师开发的集成仿真环境，目前AEDT已经集成了电磁场、电路、热和结构仿真工具。本次演讲将介绍全新的电子散热工具AEDT-Icepak与HFSS的电热耦合仿真流程，介绍在AEDT平台下如何快速解决天线以及高功率微波器件的电热耦合多物理场仿真问题。

议题5：HFSS核心技能分享：网格技术与设定技巧

嘉宾：张旭

张旭，毕业于苏州大学电磁场与微波专业，获工学硕士学位。长期从事天线设计研发，无源器件设计等电磁场与微波相关工作。现任Ansys高级应用工程师，负责高频产品线的方案开发、咨询与技术支持等工作。

关键词：网格技术与特点，设置技巧，mesh fusion

简介：

优秀的科技创新是让你几乎感受不到科技的存在。

优秀的网格技术是让你无需过多关注网格的设置。

HFSS作为三维电磁场仿真领域的黄金标准工具，其无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度和易用的操作界面，成为三维电磁场仿真的首选工具和行业标准。而其中的关键技术之一，便是HFSS的独特的网格技术。在最新的2021 R2版本中，HFSS在原有自适应网格技术、Classic、TAU以及针对不同几何特征优化的Phi和TAU Flex等网格剖分技术外，颠覆性的推出了网格融合 (Mesh Fusion) 技术，实现了HFSS现有网格剖分技术的大融合，从而实现了复杂电磁系统模型的高效网格剖分。本次演讲将系统性的为大家介绍HFSS最新的网格技术及特点。

目前，2021年全国天线年会注册系统已开通，详细注册收费标准见下图，通过链接注册后方可通过邮件获取各项流程和注意事项，若有疑问可致电天线年会秘书处-联系电话：025-51199611