4 - 2012

Новые возможности HFSS 14

Евгений Буторов
Евгений Буторов
Инженер технической поддержки отдела инженерного анализа группы компаний «Делкам-Урал» — «ПЛМ Урал»

Программный продукт Ansys HFSS трехмерного моделирования ВЧ/СВЧ­устройств довольно хорошо известен среди разработчиков. Недавно в свет вышла его новая, 14­я версия. В данной статье мы расскажем об основных нововведениях и улучшениях в нем.

В области разработки антенн важной темой для исследования являются массивы антенных ячеек, посредством которых осуществляется управление направлением излучения. Из­за больших размеров подобных конструкций выполнение точного полноволнового анализа при помощи программ трехмерного моделирования представляет непростую задачу. В таких случаях, как правило, используется расчет одиночного элемента (ячейки) массива со связанным граничным условием, в результате которого получают характеристики всего устройства. Поскольку данный метод пренебрегает краевыми эффектами, в результате расчета мы получаем приближенные значения полей в дальней зоне.

Антенная решетка и ее диаграмма направленности

Антенная решетка и ее диаграмма направленности

В ANSYS HFSS 14.0 предложены новые способы решения задач антенных решеток, основанные на технологиях разложения области и адаптивного построения сеточной модели. Технология высокопроизводительных вычислений позволяет в сжатые сроки точно прогнозировать поведение массива ячеек антенной решетки с учетом краевых эффектов.

Меню граничных условий конечной проводимости и выбора модели шероховатости поверхности

Меню граничных условий конечной проводимости и выбора модели шероховатости поверхности

Поверхность меди под многократным увеличением

Поверхность меди под многократным увеличением

Шероховатость поверхности проводников в СВЧ­диапазоне может оказывать влияние на потери мощности сигнала. ПО HFSS дает пользователю возможность учитывать эти влияния, но традиционным способом (модель Groisse) задавать шероховатость токоведущей поверхности не всегда удобно, поэтому ANSYS HFSS 14.0 позволяет сделать это с помощью модели Huray. В случае применения модели Huray используются три основных параметра, характеризующих шероховатость поверхности: размер одной ячейки, общее количество ячеек, рассматриваемая площадь.

Тип решения PO. Диаграмма направленности антенной системы на спутнике

Тип решения PO. Диаграмма направленности антенной системы на спутнике

Улучшения коснулись одного из основных решателей — Transient. Так, стало возможным редактирование источников возбуждения через Edit Source, а также задание временной задержки в методе TDR (Time Domain Reflectometry) для синхронизации времени нарастания. Особенно порадовало нововведение, связанное с поддержкой частотно­зависимых материалов.

Существует целый ряд задач электродинамики (определение ЭПР кораблей и самолетов, ветроэнергетических установок, любой крупногабаритной военной и гражданской техники, анализ больших рефлекторных антенн, антенных платформ, спутниковых систем и т.д.), решить которые в силу их электрических объемов методами конечных элементов (FEM) или интегральных уравнений (IE), предложенных в предыдущих релизах ПО HFSS, не представляется возможным. Поэтому в HFSS 14­й версии был введен новый решатель — PO (Physical optics — физическая оптика), представленный как опция к основному решателю HFSS­IE.

Тип решения PO. Видны «освещенная» область и область тени

Тип решения PO. Видны «освещенная» область и область тени

Использование ГУ типа IE-Region. Две области решения — металлическая пластина и рупор с диэлектрическим шаром — анализируются

Использование ГУ типа IE-Region. Две области решения — металлическая пластина и рупор с диэлектрическим шаром — анализируются в одном проекте, но не объединены одним боксом

Такое решение позволяет смоделировать экстремально крупные объекты за разумное время с использованием небольших вычислительных ресурсов, но результаты анализа будут приближенными, в силу некоторых допущений (распределение тока ищется только на «освещенной» части объекта, в области тени наведенный ток равен нулю), хотя в большинстве случаев полностью удовлетворяющими разработчика.

Еще одно новшество 14­й версии HFSS — это введение граничных условий типа IE­Region.

Объединение метода интегральных уравнений (МОМ) и метода конечных элементов (FEM) позволило напрямую решать задачи внутренней и внешней электродинамики через общие границы, поскольку это обеспечивает проведение анализа в одном проекте.

САПР и графика 4`2012