導(dǎo)讀

高頻電磁仿真軟件是解決復(fù)雜電磁問題的關(guān)鍵工具，廣泛應(yīng)用于工程和科研領(lǐng)域。無論是分析設(shè)計(jì)天線、連接器、射頻模塊、射頻PCB等各種高頻電子設(shè)備和系統(tǒng)，還是研究新材料電磁特性、分析微波器件工作機(jī)制，都離不開高頻電磁仿真軟件的身影。十灃科技于2023年推出了高頻電磁仿真軟件TF-eMag，主要用于解決電磁散射、電磁屏蔽、電磁輻射等復(fù)雜電磁問題。TF-eMag猶如一顆璀璨的新星，為我國(guó)高頻電磁仿真軟件行業(yè)的自主可控和快速發(fā)展注入了新的活力。

高頻電磁仿真軟件 速度與精度的革命

全球高頻電磁仿真軟件市場(chǎng)呈現(xiàn)為多元化、競(jìng)爭(zhēng)激烈的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

領(lǐng)先的高頻電磁仿真軟件廠商持續(xù)推出創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品，為高頻電磁仿真的進(jìn)步樹立了榜樣。速度與精度的雙提升是高頻電磁仿真軟件發(fā)展的明顯趨勢(shì)，而對(duì)高精度建模和網(wǎng)格生成、高效算法和并行計(jì)算、多物理場(chǎng)耦合仿真、可視化技術(shù)和交互界面等關(guān)鍵領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)和突破方向則是推動(dòng)這一趨勢(shì)的重要力量。這些領(lǐng)域的突破將有助于高頻電磁仿真軟件在未來的發(fā)展中取得更大的進(jìn)步。

1、高精度建模和網(wǎng)格生成：高頻電磁仿真需要對(duì)物體進(jìn)行高精度的建模和網(wǎng)格生成，以便更好地模擬電磁場(chǎng)的分布和變化。

2、高效算法和并行計(jì)算：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，高頻電磁仿真軟件需要進(jìn)一步提高計(jì)算效率和精度。

3、多物理場(chǎng)耦合仿真：高頻電磁仿真通常涉及多個(gè)物理場(chǎng)的耦合，例如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)等。

4、可視化技術(shù)和交互界面：高頻電磁仿真軟件需要提供可視化技術(shù)和交互界面，以便用戶更好地理解和操作仿真過程。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者正致力于研究更精確的建模與網(wǎng)格生成方法，探索更強(qiáng)大的算法與并行計(jì)算技術(shù)，尋求更高效的多物理場(chǎng)耦合仿真的方法和技術(shù)，開發(fā)更直觀的可視化技術(shù)和交互界面，以提升高頻電磁仿真的速度與精度，從而為用戶帶來卓越的使用體驗(yàn)和效率。

憑借敏銳的洞察力，十灃科技預(yù)見到未來的高頻電磁仿真軟件將朝著更高精度、更高效計(jì)算和更復(fù)雜仿真的方向發(fā)展，推出的TF-eMag軟件在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行了創(chuàng)新和優(yōu)化。例如，針對(duì)高精度建模和網(wǎng)格生成，TF-eMag采用了自適應(yīng)加密網(wǎng)格算法，根據(jù)仿真需求自動(dòng)生成精細(xì)的網(wǎng)格，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的精確模擬；針對(duì)高效算法和并行計(jì)算，TF-eMag支持多環(huán)境混合并行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的充分利用，從而加快計(jì)算速度，提高計(jì)算效率。

TF-eMag 掀開國(guó)產(chǎn)高頻電磁仿真新篇章

在國(guó)家政策的扶持和國(guó)內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的共同推動(dòng)下，我國(guó)高頻電磁仿真軟件行業(yè)煥發(fā)出勃勃生機(jī)。隨著國(guó)內(nèi)廠商自主研發(fā)力度不斷加強(qiáng)，他們正迅速追趕國(guó)外產(chǎn)品，致力于早日實(shí)現(xiàn)高頻電磁仿真軟件的自主可控。在這個(gè)進(jìn)程中，十灃科技的TF-eMag憑借其高效算法和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋，掀開了國(guó)產(chǎn)高頻電磁仿真新篇章，為我國(guó)高頻電磁仿真軟件發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。

作為一款涵蓋有限元、矩量法、混合光學(xué)算法等多種算法的通用電磁仿真軟件，TF-eMag能夠精確模擬復(fù)雜材料和精細(xì)結(jié)構(gòu)的電磁特性、電大尺寸天線的輻射性能以及目標(biāo)的散射特性等。同時(shí)，TF-eMag具備完整的前處理、核心求解和后處理可視化功能，能夠廣泛應(yīng)用于射頻傳輸、天線設(shè)計(jì)、雷達(dá)散射分析、本征模態(tài)解析以及電磁熱計(jì)算等多種應(yīng)用場(chǎng)景，為客戶提供全面精確的仿真模擬解決方案。讓我們一起了解這款軟件的特點(diǎn)。

優(yōu)秀的前處理

TF-eMag軟件具備簡(jiǎn)潔直觀的操作流程，用戶可輕松實(shí)現(xiàn)幾何創(chuàng)建、模型導(dǎo)入、網(wǎng)格剖分、網(wǎng)格導(dǎo)入、求解設(shè)置等工作流程。TF-eMag還具有基本的邊界條件，豐富的端口激勵(lì)類型，可滿足用戶的常用需求。

值得一提的是，TF-eMag支持采用自適應(yīng)網(wǎng)格加密算法，加密效果明顯。以無線通信系統(tǒng)中的超寬帶帶通濾波器分析為例，采用TF-eMag自適應(yīng)加密網(wǎng)格算法的對(duì)部分網(wǎng)格進(jìn)行了加密，得到的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。

強(qiáng)大的求解器

TF-eMag軟件發(fā)展了有限元和混合光學(xué)兩種求解器，支持在不同場(chǎng)景下充分發(fā)揮各自算法優(yōu)勢(shì)。面向工程應(yīng)用，TF-eMag推出了快速特征值求解器、模態(tài)掃頻、區(qū)域分解、并行計(jì)算、射線追蹤等一系列高效算法，使用戶能夠快速、準(zhǔn)確、高效地進(jìn)行仿真和分析。

例如，TF-eMag采用基于模態(tài)法和殘差向量法的快速掃頻算法，在保證精度的同時(shí)，采用同樣數(shù)目CPU核心，僅需要傳統(tǒng)直接法1/2到1/5的時(shí)間即可完成寬頻帶的掃描求解。

TF-eMag利用區(qū)域分解和分布式與共享內(nèi)存混合的并行計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模矩陣的計(jì)算，極大的擴(kuò)展了有限元分析的求解能力。

在下圖所示的4x4陣列天線的測(cè)試中，我們TF-eMag實(shí)現(xiàn)了在640核CPU集群上的并行計(jì)算。

TF-eMag基于高效的混合光學(xué)算法，采用KD-tree射線追蹤技術(shù)，大大縮短了射線追蹤的搜索時(shí)間。在下圖中航空模型RCS計(jì)算算例，使用TF-eMag軟件得到了優(yōu)于第三方參考值的計(jì)算性能，仿真結(jié)果基本一致。

高效的后處理

TF-eMag軟件具有強(qiáng)大的后處理響應(yīng)量計(jì)算和可視化功能，支持輸出常用的集總參數(shù)、天線增益、場(chǎng)圖、電磁熱等數(shù)據(jù)，可進(jìn)行2維曲線圖、3維云圖、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖、剖面圖等圖形圖像繪制與仿真報(bào)告輸出。

TF-eMag應(yīng)用案例分享

實(shí)踐中的真知

作為一款覆蓋高頻電磁場(chǎng)景的通用仿真軟件，TF-eMag能夠快速模擬電磁散射、電磁屏蔽、電磁輻射等應(yīng)用領(lǐng)域，高效分析設(shè)計(jì)天線、連接器、射頻模塊、射頻PCB等各種高頻電子設(shè)備和系統(tǒng)，以及研究新材料電磁特性、分析微波器件工作機(jī)制等。

目前，TF-eMag可廣泛應(yīng)用于電子通訊、信息通訊、特種裝備、民用設(shè)備、航空航天等行業(yè)，幫助企業(yè)提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短研發(fā)周期，降低成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

案例一：高頻帶通濾波器仿真分析

背景：高頻帶通濾波器是一種電子濾波器，可以通過濾除低頻和高頻信號(hào)來保留特定的頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。它允許高頻信號(hào)通過，同時(shí)濾除低頻和高頻之外的信號(hào)。具有改善信號(hào)質(zhì)量、實(shí)時(shí)性能、靈活性、低成本和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在音頻處理、通信系統(tǒng)和圖像處理等電子領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

仿真過程：使用TF-eMag軟件進(jìn)行高頻帶通濾波器仿真分析，仿真工況和參數(shù)設(shè)置——仿真頻率0.6GHz~2.4GHz， 取樣點(diǎn)數(shù)451；材料——同軸介質(zhì)材料為空氣，濾波器腔體材料為空氣，其它金屬材料為PEC；邊界條件——濾波器腔體外為Perfect E；輸入輸出設(shè)置為端口1輸入和端口2輸出。

結(jié)果：通過運(yùn)用TF-eMag軟件，能夠預(yù)測(cè)和優(yōu)化濾波器的性能，幫助設(shè)計(jì)師驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確性，減少后期的測(cè)試和調(diào)試工作。

案例二：基站天線仿真分析

背景：帶反射板的基站天線在無線通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。與普通的天線相比，帶反射板的基站天線是一種具有特殊技術(shù)點(diǎn)和工藝要求的天線結(jié)構(gòu)，需要通過精細(xì)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和調(diào)試等技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)其高效、穩(wěn)定和可靠的無線通信服務(wù)。

仿真過程：基于TF-eMag軟件，采用手動(dòng)加密+自適應(yīng)網(wǎng)格剖分，并完成仿真工況和參數(shù)設(shè)置——仿真頻率1.9GHz。天線介質(zhì)teflon，相對(duì)介電常數(shù)2.08，損耗角正切0.001。天線及反射板為Perfect E邊界，5天線的激勵(lì)功率均為1W，初始相位分別為0、-30°/-60°、-90°、-120°。

結(jié)果：反射板基站天線，在天線處能量變化劇烈，需要精細(xì)的網(wǎng)格剖分才能求解準(zhǔn)確。借助-eMag軟件，可以以極高的計(jì)算效率完成天線的S參數(shù)、遠(yuǎn)場(chǎng)圖等的仿真，幫助工程師快速預(yù)測(cè)和優(yōu)化天線的性能指標(biāo)，支持方案決策以及輔助故障診斷。

案例三：機(jī)箱屏蔽仿真分析

背景：機(jī)箱內(nèi)部包括主板、CPU、顯卡、硬盤等硬件會(huì)發(fā)出電磁波。這些電磁波會(huì)穿過機(jī)箱殼體，對(duì)人體產(chǎn)生一定的輻射影響。屏蔽材料可以減少電磁波的穿透能力，減少電磁輻射的范圍，從而減少電磁波對(duì)周圍環(huán)境和人體的影響。同時(shí)，采用屏蔽措施還能有效減少電子設(shè)備之間的相互干擾，提高計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性和工作效率。

仿真過程：采用TF-eMag軟件進(jìn)行機(jī)箱屏蔽仿真分析，通過S參數(shù)值來表征機(jī)箱屏蔽效果。機(jī)箱屏蔽的仿真工況和參數(shù)設(shè)置——仿真頻率為5GHz~15GHz，取樣間隔0.01GHz；材料方面，偶極子天線、機(jī)箱壁和通風(fēng)孔的材料為PEC，其它部分材料為空氣；邊界條件方面，機(jī)箱外壁外為Perfect E；發(fā)射端口為機(jī)箱外偶極子端口；接收端口為機(jī)箱內(nèi)偶極子端口。

結(jié)果：通過應(yīng)用TF-eMag軟件對(duì)機(jī)箱的屏蔽效能進(jìn)行評(píng)估，可以降低產(chǎn)品測(cè)試成本，縮短開發(fā)周期，輔助優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

總體來看，TF-eMag軟件在解決復(fù)雜電磁場(chǎng)景的工程實(shí)際問題中表現(xiàn)出色。在易用性方面，TF-eMag軟件在設(shè)計(jì)上充分考慮了用戶的使用體驗(yàn)，提供了友好的圖形用戶界面和簡(jiǎn)潔明了的操作流程，用戶通過直觀的界面設(shè)置和操作步驟即可完成仿真任務(wù)；在可靠性和穩(wěn)定性方面，TF-eMag軟件經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制和測(cè)試，確保用戶可以信賴并依賴它來完成重要的仿真任務(wù)；在先進(jìn)技術(shù)方面，TF-eMag軟件集合了有限元和混合光學(xué)兩種求解器算法的優(yōu)點(diǎn)，可以在不同場(chǎng)景下充分發(fā)揮各自算法的優(yōu)勢(shì)，提高仿真的準(zhǔn)確性和效率。未來，TF-eMag軟件還將不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和升級(jí)，以適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。






審核編輯：劉清