Ansys高频电磁应用领域及案例（上篇）

2023年1月10日 浏览：1463 收藏：1

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高频/高速器件设计
在通信、电子及数字领域，高频设计需要特别关注和用专门的工具去正确的区分和处理各种电磁效应。这正是HFSS成为微波/射频和高速器件设计的黄金标准的原因。对于三维高频微波器件，例如波导、滤波器、耦合器、铁氧体器件或者腔体，HFSS可以提取S参数、优化性能指标及考虑生产加工的容差设计。
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IC、封装、PCB
RFIC和SoC设计中的电磁(EM)分析
对于5G，射频前端电路、高性能基准振荡器和相关互联必须经过正确设计，才能确保在6GHz乃至毫米波频可靠运行。片上混合信号组件受电磁效应影响，其设计应考虑各种高灵敏度混合信号电路模块间的自耦合和交叉耦合。仔细检查布局、寄生电感和电容、衬底建模和走线电阻是实现可靠性的关键。为了建模DC直至毫米波频段的电磁效应，需要对布局进行特殊处理。Ansys可提供多种用于片上结构的高级电磁仿真技术。Ansys HFSS 是有限元方法(FEM)抽取器的行业标杆，有经验的工程师将它用于技术探索和签核验证。

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PCB板级和组件级电磁建模
精确模拟整个PCB板和封装，解决EMI问题
-S参数和寄生参数提取
-检查PCB的EMI设计规则
-滤波元件的电路分析

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天线设计

天线馈电结构设计
对包含功分器、环形器、隔离器、滤波器等器件在内的馈电结构进行整体仿真设计
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仿真屏蔽腔对馈电结构的影响
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天线设计
振子天线：一般指直线形的单极或偶极天线，或者由单极、偶极振子组合成的复杂天线，如典型的八木宇田天线。
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喇叭天线：一般指直线形的单极或偶极天线，或者由单极、偶极振子组合成的复杂天线，如典型的八木宇田天线。

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反射面天线：早期常用的一种天线形式，如抛物面天线、卡氏双反射面天线等。
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超宽带天线：天线的电特性在一个较宽的频段内保持不变或变化较小的天线，称为宽频带天线，也称超宽带天线。常见如阿基米德螺旋天线、等角螺旋天线、正弦曲折臂天线、对数周期天线等。
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相控阵天线：相控阵天线由许多相同的辐射元组成，每个单元在相位和幅度上独立可控。
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微带阵列天线：微带天线形式有多种，设计灵活、剖面低、成本不高。如微带贴片、微带振子、微带缝隙等。
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缝隙阵列天线：常见如波导缝隙阵，电性能良好、辐射效率高，但设计较为复杂。
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多波束天线：能够实现多波束的天线，主要有相控阵天线、多反射面天线、抛物面天线等。
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可穿戴设备天线(电小天线)：可穿戴设备天线，一般指蓝牙耳机天线、智能手表天线手机终端天线、北斗天线、GPS天线等，从电尺寸上来看，都属于电小天线。

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时域天线一探地/雷达：时域天线，也叫脉冲天线，因其非时谐，以及需要在时域求解麦克斯韦方程来分析其传播、辐射、散射等而得名。时域天线，一般都是宽带天线或超宽带天线，如蝶形天线、钻石形天线、螺旋天线等。
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平台上的天线安装与布局
HFSS可以仿真面向机载、车载、星载、舰载等各种平台的天线布局问题，得到复杂天线系统在考虑运载平台影响下的天线性能和在平台表面及内部/周围空间产生的电流/电场分布。
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HFSS精确模拟机腹下的刀片天线，SBR+Solver导入HFSS的仿真结果作为天线模拟，计算全机环境下的天线辐射方向图性能
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SBR+Solver与HFSS分别计算的天线安装后方向图对比，精度具有非常好的一致性，而SBR+Solver可大大节省求解时间，可大幅提高求解的频段
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天线罩设计
天线罩是用来保护天线的一种介质外壳，使天线避免在各种恶劣环境条件下可能造成的损坏。如雨、雪、云、雾等。主要由复合材料、玻璃钢、树脂纤维、蜂窝等组成。可以实现天线透波的同时，还可以进行隐身、抗干扰等设计。
介质天线罩
介质天线罩设计简单、易加工、成本低，是当前天线罩的主流，一般采用实心半波壁的设计方法。
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频选天线罩
介质天线罩的基础上，增加一层或多层FSS频率选择表面，以实现隐身、抗干扰等特殊功能。因此，频选天线罩设计周期长、加工困难、成本非常高。
-FSS单元设计与优化：FSS单元的选择与设计，是FSS天线罩电性能的关键。
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-FSS天线罩建模：FSS天线罩的建模非常困难，主要是FSS平面的曲面建模问题。一般要借助第三方CAD工具，以及专用脚本来实现。
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-天线与天线罩的一体化仿真：一体化的仿真方法，可以充分验证天线的透波性能驻波比、方向图等，受天线罩的影响。
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-天线罩多物理场仿真：天线罩系统由于工作环境的复杂多样，对于热设计，结构可靠性，外流场等方面的耦合分析需求都愈加强烈。如图为天线罩多物理场仿真的工作流程。
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天线系统的多物理场仿真
世界本就是多物理的，天线系统也不例外，馈电系统的部件，滤波器，连接器，天线等结构，实际应用中都需要考虑热及结构可靠性方面的问题，这就需要用到多物理场协同仿真方法。如下图为高功率腔体滤波器的电-热-结构多物理场耦合仿真流程。
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19版本发布以来，专业的热分析工具lcepak被集成到AEDT环境中，形成AEDT-Icepak电热合仿真环境，实现共界面下的模型转换和双向的数据协同仿真流程，对电设计工程师的热可靠性仿真提供了非常高效的解决方案。
同时，提供有专门的ACT工具，即Anys客户化定制工具，辅助实现HFSS-Icepak的转换和仿真流程，实现电热双向耦合仿真流程。

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深圳市优飞迪科技有限公司成立于2010年，是一家专注于产品开发平台解决方案与物联网技术开发的国家级高新技术企业。

十多年来，优飞迪科技在数字孪生、工业软件尤其仿真技术、物联网技术开发等领域积累了丰富的经验，并在这些领域拥有数十项独立自主的知识产权。同时，优飞迪科技也与国际和国内的主要头部工业软件厂商建立了战略合作关系，能够为客户提供完整的产品开发平台解决方案。

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