ANSYSHFSS平臺(tái)功能介紹課件

1、ANSYS HFSS R18平臺(tái)功能介紹第1頁，共60頁。天線和無線系統(tǒng)2第2頁，共60頁。天線安裝性能寬頻帶自適應(yīng)網(wǎng)格劃分基于MPI的頻率掃描天線設(shè)計(jì)工具（ADK）增強(qiáng)新增的天線模型部件瀏覽器編輯加密部件部件數(shù)據(jù)保護(hù)SBR求解器集成在HFSS中同一個(gè)設(shè)計(jì)中，統(tǒng)一的混合區(qū)域設(shè)置HFSS-Savant工具HFSS-EMIT 工具天線和無線系統(tǒng)性能 & 精度天線設(shè)計(jì)流程天線安裝性能3D部件裝配混合算法 & SBR+RF 環(huán)境3第3頁，共60頁。ANSYS 域分解并行及混合算法HFSS: 有限元Geome幾try何an與d 材Ma料ter復(fù)ial雜Co度mplexityElec電tr尺ica寸l S

2、izeHFSS-IE & FEBISavant: 彈跳射線法4R18 版本已經(jīng)集成至ANSYS Electronics DesktopHFSS 算法求解器第4頁，共60頁。HFSS 中的混合算法5第5頁，共60頁。何謂 SBR ?SBR = Shooting and Bouncing Rays 彈跳射線法高頻漸進(jìn)算法與 HFSS 互為補(bǔ)充適合電大尺寸問題利用幾何光學(xué) (GO) 射線法，將物理光學(xué)法(PO) 擴(kuò)展至多次彈跳SBR Solver:彈跳射線法求解器Scattered fields電大尺寸結(jié)構(gòu)的高效率仿真方法6第6頁，共60頁。ANSYS SBR+ 技術(shù)多項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展 SBR物理繞射理論

3、 (PTD)一致性繞射理論 (UTD)爬行波 Creeping WaveSBRSBR Solver:彈跳射線法求解器7第7頁，共60頁。HFSS R18.0 中 的 SBR Region用彈跳射線法仿真天線平臺(tái)集成和布局問題天線模塊 HFSS/FEM8SBR Region確認(rèn)平臺(tái)對(duì)輻射場的影響第8頁，共60頁。獨(dú)立 Savant R18NN 耦合模式:同時(shí)獲得多副天線之間的遠(yuǎn)場方向圖及互耦結(jié)果提升多核加速比GPU 加速導(dǎo)入近場天線的場圖繪制用戶默認(rèn)設(shè)置改進(jìn)9第9頁，共60頁。求解方法未知量內(nèi)存運(yùn)行時(shí)間Two-Way704,27358.4 GB127 minOne-Way704,27358.0

4、GB54 min混合區(qū)域耦合耦合區(qū)域R18 支持 FEBI, IE, 及新的耦合 SBR 區(qū)域可以選擇雙向和單向耦合，新的單向耦合選項(xiàng)可更快獲得結(jié)果Impact of bidirectionalcoupling2X 時(shí)間節(jié)省，精度損失有限10第10頁，共60頁。IE Regions與HFSS-IE設(shè)計(jì)類型等效單獨(dú)的IE regions與HFSS-IE求解性能相同支持端口, 半空間, 和縫隙HFSS-IE 設(shè)計(jì)類型將在R19中退出 純IE求解只支持HFSS驅(qū)動(dòng)終端求解類型11第11頁，共60頁。增強(qiáng)的易用性一鍵完成易用的樹形結(jié)構(gòu)增加的天線類型覆蓋2 種新的分類12個(gè)新的天線模型從3D部件轉(zhuǎn)換而來

5、天線設(shè)計(jì)工具（Antenna Design Toolkit）12第12頁，共60頁。天線設(shè)計(jì)工具（Antenna Design Kit）: 擴(kuò)展庫支持18中新增的腳本: 圓錐波紋喇叭，GPS陶瓷片、高頻探頭、準(zhǔn)八木天線、刀片、圓盤單極天線、垂直梯形單 極天線，橢圓基條單極子、金字塔形脊喇叭、四脊喇叭，Uda八木天線，順序旋轉(zhuǎn)2x2的圓形貼片陣列，MxN微帶陣列，背腔T條饋電縫隙天線，反射器（卡塞格林，Gregorian，拋物線，防濺板）新增/增強(qiáng)綜合功能: 平板刀片, 波導(dǎo)饋電波紋錐喇叭13第13頁，共60頁。EMIT 18.0亮點(diǎn)Nexxim-EMIT 數(shù)據(jù)鏈接EMIT Tx 行為模型可從詳

6、細(xì)的Nexxim設(shè)計(jì)自動(dòng)創(chuàng)建詳細(xì)RF系統(tǒng)/射 頻電路模型新的 Nexxim-EMIT 數(shù)據(jù)鏈接將PSDP數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換為EMIT射頻 模型用Nexxim數(shù)據(jù)創(chuàng) 建的射頻模型啟 動(dòng)EMIT擴(kuò)展的GPU支持和性能優(yōu)化GPU 現(xiàn)在支持包括Tesla KSeries, Quadro KSeries, Quadro MSeries, 和 GeForce GTX Series.1 CPU Core, 采用/不采用GPU運(yùn)行時(shí)間(分鐘)No GPUGPUSpeedup*Project #1233.316.714Project #241.73.313Project #315.56.82Project #441.7

7、2.815Project #518.31.11714* Some models benefit more from multi-cores than GPU (and vice versa). actual speedup depends heavily on the model configuration. Some models may not benefit significantly from HPC. Cases shown here are intended to show potential speedups for certain model types.第14頁，共60頁。E

8、MIT 18.0 亮點(diǎn), 續(xù)自定天線對(duì)之間的 “Fixed” 耦合用戶自定義天線對(duì)之間多頻段耦合用戶定義的天線耦合表新的雷達(dá)調(diào)制基于NTIA雷達(dá)頻譜工程標(biāo)準(zhǔn)模型(RSEC); CW, FM-CW, FM-pulse, 用于相位編碼和跳頻雷達(dá)系統(tǒng)的非調(diào)頻脈沖.Tx emission mask compliant with NTIA RSEC自定任意天線對(duì)間的耦合15第15頁，共60頁。網(wǎng)格劃分16第16頁，共60頁。采用聯(lián)合饋電網(wǎng)絡(luò)的陣列天線 計(jì)算資源: 16 cores這些模型:R18的Phi網(wǎng)格劃分快25%Layout中的經(jīng)典網(wǎng)格劃分快47%MCAD中的經(jīng)典網(wǎng)格劃分快13%HFSS 3D L

9、ayoutHFSS MCAD 經(jīng)典網(wǎng)格R17.2 PhiR17.2 ClassicR18 PhiR18 ClassicR17.2R18Time40s30m, 55s30s16m, 24s15m, 35s13m, 34sRAM433MB825MB435MB618MB1.2GB1.2GBLayoutMCAD網(wǎng)格改進(jìn)17第17頁，共60頁。模型描述: 星載陣列天線計(jì)算資源: 16 cores結(jié)果: R18中單核網(wǎng)格劃分比R17.2快35% R18中16核網(wǎng)格劃分比R17.2快46%R17.2, 1 coreR18, 1 coreR18, 16 coresInitial Mesh Time19m, 2

10、s21m, 34s16m, 53sMesh Seed Time5h, 32m3h, 16m2h, 51mTotal Mesh Time6h, 27m4h, 11m3h, 30m大型面結(jié)構(gòu)上采用曲面單元FEBI網(wǎng)格改進(jìn), 續(xù).18第18頁，共60頁。寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格（BAM）19第19頁，共60頁。Adaptive Meshing: HFSS 的基石自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分 Automatic Adaptive Meshing自動(dòng)、精確、高效、可靠的解決方案網(wǎng)格劃分算法在需要更密的網(wǎng)格計(jì)算電磁場的地方，自動(dòng)增加網(wǎng)格單元自適應(yīng)網(wǎng)格劃分:關(guān)鍵技術(shù)是確保自動(dòng)化精確電磁仿真每步自適應(yīng)迭代的網(wǎng)格每步自適應(yīng)迭代的S

11、參數(shù)20第20頁，共60頁。單頻點(diǎn)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分初始網(wǎng)格網(wǎng)格細(xì)化求解Solution Frequency的場Frequency Sweep掃頻求解網(wǎng)格收斂后對(duì)其他頻點(diǎn)掃頻求解是否收斂?寬帶求解精度可能會(huì)與網(wǎng)格劃分頻 點(diǎn)的選擇有關(guān)對(duì)“典型”器件響應(yīng)的單頻點(diǎn)劃分網(wǎng)格并不總是可靠用“相關(guān)網(wǎng)格求解”（Dependentmesh solves）確保多頻點(diǎn)精度計(jì)算消耗增大21第21頁，共60頁。網(wǎng)格劃分該以哪個(gè)頻點(diǎn)為準(zhǔn)?中頻點(diǎn)?低頻點(diǎn)?腔體雙工器求解Solution Frequency的場高頻點(diǎn)?最高?22第22頁，共60頁。Broadband Adaptive Meshing寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格劃分掃頻求解多

12、個(gè)求解頻點(diǎn)將會(huì) “pre-seed”掃頻求解掃頻更快速初始網(wǎng)格根據(jù)所有頻點(diǎn) 的場細(xì)化網(wǎng)格Solve Fields at Frequency #2Solve Fields at Frequency #1Solve Fields atFrequency #N多個(gè)頻點(diǎn)網(wǎng)格收斂是否收斂？24第23頁，共60頁。單頻點(diǎn)自適應(yīng)網(wǎng)格案例S21S31Example: 腔體多工器在單個(gè)求解頻點(diǎn)處進(jìn)行網(wǎng)格劃分取決于用戶選擇的合適的求解頻點(diǎn)有些設(shè)計(jì)在要求寬帶精度時(shí)對(duì)求解頻點(diǎn)選擇很 敏感不同求解頻點(diǎn)網(wǎng)格劃分不同工作頻點(diǎn)，場特性明顯不一樣對(duì)于所有頻點(diǎn)，單頻點(diǎn)自適應(yīng)網(wǎng)格并不理想單頻點(diǎn)自適應(yīng)網(wǎng)格1950MHz1910MHz

13、多工器25第24頁，共60頁。寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格案例1950MHz1910MHz寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格利用HPC，同時(shí)在多個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化寬帶自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，進(jìn)一步擴(kuò)展了單頻點(diǎn)自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的求解能力26第25頁，共60頁。寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格 BAM單頻點(diǎn)自適應(yīng)網(wǎng)格網(wǎng)格在場集中的1950 MHz工作頻 點(diǎn)附近進(jìn)行自適應(yīng)加密在求解頻點(diǎn)處生成高精度網(wǎng)格不保證整個(gè)寬頻帶的精度寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格注意到整個(gè)多工器都進(jìn)行自適應(yīng)加密 對(duì)整個(gè)頻帶范圍都生成高精度網(wǎng)格寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格單頻點(diǎn)網(wǎng)格27第26頁，共60頁。結(jié)果對(duì)比單頻點(diǎn) 求解頻點(diǎn)28多工器對(duì)單個(gè)自適應(yīng)求解頻點(diǎn)的選取很敏感高頻段與寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格

14、很一致，因?yàn)榍蠼忸l點(diǎn)選擇在此段低頻段結(jié)果不準(zhǔn)確，單頻點(diǎn)自適應(yīng)網(wǎng)格只能保證求解頻點(diǎn)附近的場精度單頻點(diǎn)自適應(yīng)網(wǎng)格可通過“鏈接網(wǎng)格”的方法，提高結(jié)果精度第27頁，共60頁。BAM 設(shè)置寬帶Broadband：用戶設(shè)定高低頻點(diǎn)HFSS 自動(dòng)確定合適的網(wǎng)格劃分頻點(diǎn)多頻點(diǎn)Multi-Frequencies: 用戶控制所有網(wǎng)格劃分頻點(diǎn)29第28頁，共60頁。HFSS 求解寬帶問題最新方法利用多個(gè)頻點(diǎn)并行以得到跨越頻帶的自適應(yīng)網(wǎng)格為整個(gè)頻帶提供可靠和保證精度的網(wǎng)格HPC: 多頻點(diǎn)計(jì)算可同時(shí)進(jìn)行30BAM:寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格第29頁，共60頁。求解器改進(jìn)31第30頁，共60頁。S-Parameter Only Ma

15、trix Solve僅求S參數(shù)的矩陣求解方式僅在內(nèi)存里駐留提取S參數(shù)的矩陣對(duì)于不保存場的掃頻求解更快速每個(gè)頻點(diǎn)提速 10-20%更低內(nèi)存需求在可用的內(nèi)存條件下HPC能夠并行求解更多頻點(diǎn)帶天線罩的雙頻帶疊層貼片天線Saved Fields andS-ParametersSaved OnlyS-Parameters32第31頁，共60頁。S-Parameter Only 矩陣求解: 并非近似，可獲得相同結(jié)果33第32頁，共60頁。S-Parameter Only 矩陣求解案例Problem#S-Parameter and FieldsS-Parameter Only113.5 GB3.41 GB2

16、39.4 GB9.71 GB3188 GB30.8 GB123更快速求解，且明顯節(jié)省內(nèi)存 = 更多頻點(diǎn)并行求解多頻點(diǎn)并行求解幾乎是線性的，因此提速效果顯著4X 節(jié)省內(nèi)存6X 節(jié)省內(nèi)存在256GB RAM的機(jī)器上并行 求解8個(gè)頻點(diǎn)與保存場的求解相比2x 提速 在同樣的計(jì)算機(jī)硬件上掃頻34第33頁，共60頁。Matrix Assembly 性能提升R17R18算法改進(jìn)，增加了多線程支持Example: 64 單元 (8X8) 蝶形天線陣01:15 vs. 00:43 = 74% 提速35第34頁，共60頁。顯著的性能增強(qiáng)通過MPI的分布式頻率求解降低磁盤使用，加速求解過程2001801601401

17、20100806040200Test 1Test 2Test 3Test 4HFSS17HFSS18 (1-core) HFSS18 (2-core) HFSS18 (4-core)36改進(jìn)的Matrix Assembly，包括多線程支持總時(shí)間(min)第35頁，共60頁。整體性能提升: 2017 vs. 2016Example: Package on PCB兩個(gè)差分對(duì)DC to 20GHz硬件: 14-Core Intel Xeon CPU E5-2683 v3 2.00GHz, 2 CPUs/node.設(shè)置: 兩個(gè)Node, 56 Core, Auto HPC2016372017第36頁，

18、共60頁。R17h:m:sR18h:m:sSpeedAdapt2:24:37Mesh1:49:3432% FasterSweep8:33:55Sweep3:59:46114% FasterTotal10:58:32Total5:49:2089% Faster性能對(duì)比: 2017 vs. 201638第37頁，共60頁。寬帶網(wǎng)格 DC to 20 GHz56 cores, 28 個(gè)自適應(yīng)網(wǎng)格頻點(diǎn)17h:m:s18BAMh:m:sSpeedAAddaapptt12:2494:3347Mesh2:29:41327%SlSolowwererSweep38:5393:5456Sweep2:23:2926

19、75%8%FaFsatseter rTotal51:04:95:82:302Total4:53:10192%4%FaFsatseter r寬帶自適應(yīng)網(wǎng)格性能對(duì)比39第38頁，共60頁。HFSS Transient更快的隱式求解器改進(jìn)的自動(dòng)HPC性能PMLs 和shell element支持兩個(gè)求解器40第39頁，共60頁。瞬態(tài)求解器的多激勵(lì)源求解加速多激勵(lì)采用 MPI/OMP 并行求解分布式求解性能比R17更好隱式求解器的SMP加速有1.2 - 9.6x 加速隱式求解器時(shí)間內(nèi)存加速1 Task 18 Cores SMP R1713:36:2111.6 GB-1 Task 18 Cores SM

20、P R1801:25:0422 GB9.6x21 Tasks 126 Cores DSO R1700:51:26180 GB-21 Tasks 126 Cores MPI+OMPR1800:18:24170 GB2.8x隱式求解器時(shí)間內(nèi)存27 Tasks 162 Cores DSOR1701:44:14156 GB27 Tasks 162 Cores MPIR1801:44:54135 GB126 excitations#RHS #tasks41第40頁，共60頁。HFSS 瞬態(tài)求解器的精度增強(qiáng)PML支持隱式求解器Shell elements支持兩種求解器F16散射 (隱式)PML平行板波導(dǎo)低

21、損耗shell邊界天線陣列的輻射(混合 vs 隱式)43第41頁，共60頁。三維建模46第42頁，共60頁。三維建模: 樹形分組與分層47第43頁，共60頁。分層對(duì)象組 歷史操作樹中保留組對(duì)象, 3D部件, UDMs 等信息 組內(nèi)支持分組，并不限制分組深度 分組操作:新建, 復(fù)制/粘帖，刪除將對(duì)象從一個(gè)分組自由移動(dòng)到另一個(gè)組取消分組，平板化布局，同時(shí)復(fù)制組內(nèi)對(duì)象 CAD裝配導(dǎo)入將 CAD子裝配作為組導(dǎo)入支持CAD裝配格式如 ProE, SolidWorks, CATIA, UG-NX, STEP, Auto-CAD Inventor48第44頁，共60頁。3D部件改進(jìn)部件瀏覽窗口從標(biāo)準(zhǔn)庫輕松訪

22、問3D組件拖放組件到模型窗口完成插入實(shí)例管理收藏夾并輕松訪問最近使用的組件允許用戶編輯密碼保護(hù)的加密部件的定義獨(dú)特的輔助密碼編輯不需要回到原始設(shè)計(jì)去創(chuàng)建另一個(gè)加密模型的版本用戶需要密碼（如果指定）和編輯密碼才能編輯定義49第45頁，共60頁。3D部件: 庫瀏覽器易于使用的3D部件拖放組件幾何模型到建模窗口50第46頁，共60頁。電子桌面中的模型簡化原始雙工器Polygon Fit 操作Primitive Fit 操作Bounding Box 操作51第47頁，共60頁。改進(jìn)的三維遠(yuǎn)場方向圖三維極坐標(biāo)圖或二維輻射方向圖上點(diǎn)擊右鍵重疊顯示改進(jìn)的三維極坐標(biāo)圖?？s放，光線，顏色52第48頁，共60頁。重疊遠(yuǎn)場方向圖三維極坐標(biāo)圖或二維輻射方向圖上點(diǎn)擊右鍵重疊顯示53第49頁，共60頁。HFSS 3D Layout54第50頁，共60頁。HFSS 3D Layout: “Connector-on-Board” (板上連接器)單個(gè)設(shè)計(jì)和仿真流程中結(jié)合 ECAD (PCB, 封裝) 和 MCAD (連接器)板上連接器55第51頁，共60頁。HFSS 3D Layout 系統(tǒng)分析ECAD & MCAD 集成選擇