HFSS学习笔记—20.自适应网格剖分设置

HFSS的自适应网格剖分设置(前面是干货,后面是教程)

HFSS 软件采用有限元法(FEM)来分析三维物体的电磁特性,有限元法求解问题的基本过程包括分析对象的离散化、有限元求解和计算结果的处理3 个部分。HFSS 软件采用自适应网格剖分技术,根据用户设置的误差标准,自动生成精确、有效的网格,来完成分析对象的离散化。自适应网格剖分的原理是:在分析对象内部搜索误差最大的区域并在该区域进行网格的细化,每次网格细化过程中网格增加的百分比由用户事先设置。完成一次网格细化过程后,软件重新计算并搜索误差最大的区域,判断该区域误差是否满足设置的收敛条件。如果满足收敛条件,则网格剖分完成;如果不满足收敛条件,继续下一次网格细化过程,直到满足收敛条件或者达到设置的最大迭代次数为止。自适应网格剖分时,每一次网格细化的迭代过程在HFSS 中称为一个“Pass”。

1. 收敛标准
自适应网格剖分过程中,每次网格细化后,HFSS 会将基于当前网格计算出的S 参数(或者能量、频率)结果和上一次的计算结果相比较,如果求出的误差ΔS(或者ΔE、ΔF)小于设置的收敛标准,表示解已经收敛,自适应网格剖分计算完成。HFSS 使用最后一次的剖分网格进行点频和扫频计算。

2.收敛精度
在设置收敛误差标准时,理论上把收敛误差设置的越小计算结果越精确。然而,一方面,收敛误差设置的越小,意味着迭代次数越多,有时过小的误差值会极大地增加HFSS 的计算量;另一方面,在实际制造和实验室测量时都会有固定误差。因此,HFSS 只需要提供一定水平的准确性,这个准确性大于在真实世界中引入的固有误差就可以了。一般情况下,收敛误差使用HFSS 系统的默认值或者取默认值的1/2 就足够了。其中,ΔS 的默认值为0.02,ΔE的默认值为0.1,ΔF 的默认值为10%。

3.自适应网格剖分频率选择
自适应网格剖分频率即求解频率。HFSS 的自适应网格剖分是在用户设定的单一频点上进行的,网格剖分完成后,同一个求解设置项下其他频点的求解,都是基于前面设定频点上所完成的网格划分。因此,自适应网格剖分频率的选择对最终求解的结果准确性有着重要的影响。通常,自适应网格剖分频率设置的越高,网格剖分就越细,网格个数就越多,计算结果也相应地更加准确,但同时计算过程中所占用的计算机内存也就越高,计算所花费的时间也越长。合适的自适应网格剖分频率的选择是在保证求解结果尽可能准确的前提下,占用尽可能少的计算机内存和花费尽可能短的计算时间。下面给出几类常用问题自适应网格剖分频率的选择,以帮助用户在今后的设计中正确地设定自适应网格剖分频率。下面列举一些:

  1. 点频或窄带问题:对于点频或者窄带问题,自适应网格剖分频率直接选择工作频率。
  2. 宽带问题:对于宽带问题,应该选择最高频率作为自适应网格剖分频率。
  3. 滤波器问题: 对于滤波器问题,由于阻带内电场只存在于端口处,所以自适应网格剖分频率选择在通带内的高频段。
  4. 快速扫频问题:对于快速扫频问题,典型的做法是选择中心频率作为自适应网格剖分频率。

以上内容引用自《HFSS电磁仿真设计应用详解》

自适应网格剖分设置

1. 双击Setup,或者右键点击属性去设置:
HFSS学习笔记—20.自适应网格剖分设置_第1张图片
因为这个例子是双频带,我选择了Multi-Frequencies,输入了两个频带的中心频率,自适应网格剖分次数为20,设置完成后按键盘的回车即可。
HFSS学习笔记—20.自适应网格剖分设置_第2张图片
2. 查看结果是否收敛
下面出现了一个:[警告] 自适应通道未根据指定标准收敛。意思是自适应网格剖分没有收敛,这种情况下就是自适应网格剖分次数不够,需要增加次数,同时仿真时间也会有所增加。
HFSS学习笔记—20.自适应网格剖分设置_第3张图片
当设置足够的次数时,不出现刚刚的警告时表示结果已经收敛:
HFSS学习笔记—20.自适应网格剖分设置_第4张图片
3.查看迭代次数
HFSS学习笔记—20.自适应网格剖分设置_第5张图片
下图中绿色的线表示Delta S,这里系统默认为0.02,当迭代次数为7时,小于0.02就满足收敛标准了,虽然设置的是20次,但是只要满足收敛条件就会自动停止迭代。
HFSS学习笔记—20.自适应网格剖分设置_第6张图片

总结

在设置自适应网格剖分次数时,可以稍微设置大一些,虽然可能仿真时长会长一些,但是迭代的次数越多,仿真结果越准确。而且当满足收敛条件时就会自动停止迭代。在Result菜单下就可以查看剖分的次数。

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