自從詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (James Clerk Maxwell) 在“電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論”中向世界介紹麥克斯韋方程以來(lái)的 155 年里，出現(xiàn)了一些驚人的突破和洞察力。作為一名年輕的電氣工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生，我們向我們介紹了描述電磁波的方程組，但通常很難想象和理解波的傳播以及它與高速電子設(shè)計(jì)的關(guān)系。正是在這一領(lǐng)域，Ansys HFSS 作為該行業(yè)的先驅(qū)脫穎而出。

自 HFSS 于 1990 年推出以來(lái)，它提供了一種獨(dú)特的電磁問(wèn)題洞察力。在實(shí)驗(yàn)室診斷設(shè)計(jì)問(wèn)題需要測(cè)量組件和測(cè)試板上的時(shí)域波形或 S 參數(shù)。通常，對(duì)這些波形的觀察違背了對(duì)電磁現(xiàn)象的基本理解。從頻域 S 參數(shù)中的 TDR（時(shí)域反射計(jì)）“毛刺”或神秘的“吸出”來(lái)看，調(diào)試這些設(shè)計(jì)可能極具挑戰(zhàn)性。在像 HFSS 這樣的全波電磁求解器中對(duì)這些結(jié)構(gòu)的所有 3D 復(fù)雜性進(jìn)行建?？梢苑浅？焖俚匕l(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題的根源。用真實(shí)世界的信號(hào)激發(fā)問(wèn)題、觀察場(chǎng)在模型中傳播以及快速發(fā)現(xiàn)隱藏的不連續(xù)性或耦合機(jī)制的能力是非常寶貴的。

在電磁仿真的能力方面，HFSS 一直處于行業(yè)領(lǐng)先地位。工程師一直希望模擬更大、更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。從 HFSS 早期的同軸轉(zhuǎn)波導(dǎo)適配器解決方案開(kāi)始，設(shè)計(jì)人員一直在呼吁能夠包含更大的 3D 模型、更詳細(xì)的機(jī)械和電氣 CAD 以及更復(fù)雜的材料屬性。引入 HFSS 時(shí)，當(dāng)時(shí)復(fù)雜的同軸電纜至波導(dǎo)適配器需要大約 10,000 個(gè)矩陣元素和 10 個(gè)小時(shí)才能解決單個(gè)頻率點(diǎn)。今天，同一個(gè)模型在筆記本電腦上在 30 秒內(nèi)解決了整個(gè)頻段的問(wèn)題。最初的全波 FEM 解決方案已經(jīng)從解決簡(jiǎn)單的波導(dǎo)組件發(fā)展到整個(gè)微波系統(tǒng)、復(fù)雜的天線陣列和整個(gè)印刷電路板。

有許多算法創(chuàng)新導(dǎo)致用戶可以在當(dāng)今的 HFSS 中解決前所未有的規(guī)模問(wèn)題。我們已經(jīng)解決了諸如多處理矩陣解決方案之類(lèi)的問(wèn)題，以將這些解決方案分布在數(shù)十個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和數(shù)百個(gè)內(nèi)核中。HFSS 推出了第一個(gè)用于全波電磁學(xué)的商用域分解方法求解器，從而能夠?qū)Υ髥?wèn)題的各個(gè)部分進(jìn)行網(wǎng)格剖分和求解，然后將它們組合在一起以獲得完整的模型場(chǎng)解決方案。無(wú)論是創(chuàng)建、開(kāi)發(fā)和商業(yè)化新的計(jì)算電磁算法，還是更有效地存儲(chǔ)信息，這些改進(jìn)多年來(lái)都以指數(shù)方式提高了 HFSS 的速度和容量。

有些人會(huì)聲稱(chēng)容量的增加主要是由于 HFSS 三十年歷史中的硬件創(chuàng)新。這些硬件改進(jìn)由 Gordon Moore 于 1964 年描述，通俗地稱(chēng)為摩爾定律，放大了這些算法的發(fā)展。自從首次引入 HFSS 以來(lái)，浮點(diǎn)運(yùn)算的速度提高了近 500 倍。將 CPU 的原始時(shí)鐘速度改進(jìn)與緩存和主存儲(chǔ)器的大小和速度增加相結(jié)合，可以在更短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行更大的模擬。

說(shuō)工程師幾乎沒(méi)有耐心等待模擬并不過(guò)分。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，最快樂(lè)的工程師應(yīng)該是能夠在舒適的客廳里用平板電腦在幾秒鐘內(nèi)解決整個(gè)復(fù)雜電磁系統(tǒng)的工程師。對(duì)于一些人來(lái)說(shuō)，在家工作的現(xiàn)實(shí)最近已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但我們?nèi)匀粵](méi)有達(dá)到能夠在幾秒鐘內(nèi)解決這些系統(tǒng)的地步。但是，使用 Ansys Cloud 和 HFSS，您可以通過(guò)手機(jī)或平板電腦舒適地訪問(wèn)和監(jiān)控這些仿真。

審核編輯：郭婷