Ansys电磁仿真套件的场路协同仿真

Ansys仿真套件架构

Ansys公司仿真软件覆盖的范围非常广泛，包括常见的结构（Struct）、流体（Fluent）、以及在电磁领域广泛应用的电磁套件

电磁套件软件简介

常见的HFSS高频结构仿真软件从一个单独的仿真软件，现在集成在了Ansys Electronics Desktop内，也实现了结构，电路，芯片等协同仿真。实现底层到产品的仿真。

1. HFSS：三维结构电磁场仿真，主流的天线设计软件，可以非常好的仿真天线发射电磁场。而对于PCB信号完整性仿真中，可以仿真PCB走线的SXY参数，从而输出走线的输入输出模型。也可以直观的进行PCB板上的电磁场分布。
2. Circuit：曾经的Designer，用于电路仿真，仿真波形。对单一电路模块进行信号波形的仿真。功能参考同ADS，非常适合射频电路仿真。兼备高速数字电路仿真，时域、频域、眼图等功能仿真。
3. SIwave：整个PCB的板级仿真，包括SI,PI，以及EMC仿真。
4. Q3D：可以抽取任意结构的RCL参数，对于结构的寄生特性进行仿真，同时可用于EMC分析。

场路协同仿真基本流程

HFSS的仿真流程

1. 建立3D的物体模型，并为模型配置上对应的材料属性。（如信号线：copper，介质材料:FR4(环氧树脂)，空气Air等）

2. 为物理模型确定对应的边界条件
   HFSS仿真主要基于Maxwell（麦克斯韦）方程进行求解，而边界条件为确定Maxwell方程的关键条件，它决定了在边界处，电磁波的反射形式，以及电场磁场的变化。如理想电壁Perfect E（电场方向垂直该平面）、理想磁壁Perfect H（磁场垂直与该平面，电场仅分布在平面上）。
   
   
   电磁场形式由Maxwell方程决定，总结：
   1.电流产生磁场
   2.时变磁场产生电场
   3.磁场线呈环形
   4.流出物体内的电磁线由包含的自由电荷决定。
   5.电流方向与电场方向一致

   边界条件决定了电磁波从一种介质向另一种介质传播时，电磁场发生的改变。这里主要分为三种：
   理想介质，理想导体等。理想介质即电导率为0，不导电；理想导体，电导率为无穷大，体内无电场分布，电场垂直于导体表面。

3. 为物理模型确定对应的端口
   物理模型建立后，要对物体确定输入输出端口。确定好电磁波或者电压电流需要传输的输入输出口。相当于确定一端导线的电压输入输出端，仿真结果最后会得到走线的的SYZ参数。

4. 为物理模型设置好求解方式
   HFSS仿真软件是基于FEM（有限元分析法）进行网格划分与求解的。求解过程中，Maxwell方程和达朗贝尔方程（波动方程）为一个连续方程，通过边界条件得到初始化值，理论上可以得到整个场分布，但众所周知，微分方程，尤其是二阶微分方程的求解，很难得到对应的连续性原方程。因此通过引入有限元分析的方法，将微分方程化成一段段的差分方程，而进行求解。

5. 分析模型和后处理模型
   分析后的结果可以通过表格或者图，或者直观的三维场分布。而展示结果有求解得到各个频率所对应的S参数，Z参数，Y参数等等。或者直接通过设置场分布，直观的观看电场分布，磁场分布等，这种方式可以直观的得到场强分布。

6. 优化模型
   变量设置在一定范围内变化，最终进行整场的优化。

实例展示