HFSS電磁分析常見問題處理辦法
2016-02-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
ANSYS中國幾十位工程師根據(jù)十幾年的工程仿真實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),走訪了國內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu),行業(yè)精英研發(fā)企業(yè),嘔心瀝血總結(jié)了《ANSYS軟件常見問題與解答》,涉及結(jié)構(gòu)、流體、熱分析、高頻、低頻、系統(tǒng)與嵌入式軟件。此系列涵蓋工程仿真應(yīng)用中遇到的各種問題:包括具體操作步驟、ANSYS HFSS軟件最新版本的新功能、各種簡單高效的設(shè)計(jì)步驟。
問題1:對(duì)于復(fù)雜的模型,當(dāng)物體之間存在復(fù)雜交疊(intersect)是,如何解決
A:
當(dāng)物體之間存在復(fù)雜交疊時(shí),分為以下三種情況:
-
如果是同類屬性的材質(zhì)(如金屬或介質(zhì)),有部分交疊時(shí),需要在兩者材料中進(jìn)行相減布爾運(yùn)算,如圖1.21(a)所示,否則validation
check時(shí)3D model將報(bào)錯(cuò) ;
圖1.21(a)
紅色和藍(lán)色部分交疊的物體 圖1.21(b) 紅色被藍(lán)色物體完全包圍的物體
2.如果是異類屬性的材質(zhì)(如金屬和介質(zhì)),有部分交疊時(shí),可在HFSS菜單中HFSS->
Design setting中勾選Enable material override選項(xiàng),如圖1.21(c)所示。此時(shí)金屬物體將優(yōu)先占據(jù)與其交疊的介質(zhì)區(qū)域,3D
model check通過。
圖1.21(c)
開啟材料優(yōu)先設(shè)置
如何減少天線帶天線罩問題的計(jì)算量又能保證精度?
天線罩的電磁仿真是典型的大規(guī)模計(jì)算問題,通常需要和內(nèi)部的天線(陣)做一體化仿真。其計(jì)算量的來源主要包括:天線罩上的介質(zhì)薄層、天線罩所包含的電大尺寸空腔、天線(陣)。由于大部分天線罩同天線(陣)之間存在較強(qiáng)的近場相互作用,采用導(dǎo)入天線(陣)輻射場的方式會(huì)損失計(jì)算精度。在保證精度的前提下減少計(jì)算量的途徑有兩個(gè)個(gè):1)對(duì)于天線罩上厚度遠(yuǎn)小于波長(比如
< 1/10波長)的介質(zhì)薄層采用“Layered Impedance
Boundary”(分層阻抗邊界)進(jìn)行等效,如圖1.22(a)、(b)所示,該邊界條件可以不失真的考慮電場和磁場透過介質(zhì)薄層的變化,避免了實(shí)體建模產(chǎn)生的細(xì)小網(wǎng)格;2)對(duì)于天線罩內(nèi)和天線(陣)之間包含的空腔,可通過FEBI(FEM-IE的混合算法)算法在一定程度上減少計(jì)算量,如圖1.22(c)所示。
圖1.22(a)
圖1.22(b)
圖1.22(c)
使用HFSS的纏繞功能wrap
sheet可一次性將分離的多個(gè)平面以某一待纏繞物體的表面為參考面進(jìn)行纏繞操作,如圖1.23(a)所示,先將待纏繞的平面與被纏繞的物體(黃色圓柱體)相交(某一邊接觸即可,從HFSS2015開始無需接觸也可纏繞)。
1.23(a)
準(zhǔn)備纏繞前工作
通過modeler->surface->wrap
sheet功能,一次性將貼片平面纏繞至圓柱體被纏繞體上。
1.23(b)
一鍵纏繞
纏繞后的共形貼片天線,完成建模
,
1.23(c)
Project變量和Design變量如何定義,使用范圍有何區(qū)別?
Project變量通過HFSS菜單欄上Project
? Project Variables ? Add的方法定義,Project變量屬于全局變量(Global Variables),該變量能適用于整個(gè)HFSS
Project下包含的所有設(shè)計(jì)中。
1.24(a)
Design變量通過HFSS菜單欄HFSS
? Design Propertities ? Add的方法定義,Design變量屬于局部變量(Local
Variables),其僅在當(dāng)前HFSS設(shè)計(jì)中有效,不能使用于相同HFSS Project的其他設(shè)計(jì)中。
1.24(b)
HFSS材料庫之中包含了常用的介質(zhì)及金屬材料,如果用戶碰到一些特殊材料沒有在庫中定義,可以自行定義這種材料,定義的方法是在Modeler菜單中選擇Assign
Material,然后在彈出的對(duì)話框中選擇Add
Material,在彈出的參數(shù)定義對(duì)話框(如圖1.25所示)里輸入材料的參數(shù),并在左上角輸入所定義材料的名稱,點(diǎn)擊右下側(cè)Validate
Material按鈕,可以檢查參數(shù)是否合理,如果沒有報(bào)錯(cuò),點(diǎn)擊Ok就把新材料添加進(jìn)了材料庫里,可以直接使用了。
圖
1.25
如何對(duì)磁滯材料建模
方法一
★步驟一:輸入材料的起始磁化曲線
★步驟二:設(shè)置材料磁化屬性
★步驟三:添加材料的磁化曲線
方法二
★步驟一:輸入模型的初始退磁曲線
★步驟二:添加模型的退磁曲線
Maxwell中可以自定義材料,并生成庫文件后可以供其它用戶使用。
打開Maxwell界面,點(diǎn)擊菜單Tools>Edit
Configured Libraries>Materials,再點(diǎn)擊選項(xiàng)Add Material
填寫自定義材料名字,并輸入材料參數(shù),點(diǎn)擊ok
點(diǎn)擊Export
to Library,選擇存儲(chǔ)位置,并制定材料庫名稱,點(diǎn)擊保存,生成材料庫文件。
在菜單欄Tools>Customize
在彈出窗口中,點(diǎn)擊
Reset All,快捷按鈕顯示恢復(fù)成默認(rèn)方式
Maxwell中如何定義硅鋼片的疊壓系數(shù)值?
問題描述:電機(jī)或者變壓器磁性材料中,硅鋼片一般由薄片疊壓而成,此疊壓系數(shù)在Maxwell如何定義和計(jì)算?
解決辦法:
1、RMxprt一鍵有限元自動(dòng)折算疊壓系數(shù)到材料B-H曲線B值中;
2、手動(dòng)定義/設(shè)置疊壓系數(shù)
★步驟:
?正常定義材料的B-H曲線
?在材料定義窗口,選擇Composition->Lamination
?Stacking
Factor 填入0~1的系數(shù)
?選擇低壓方向:Stacking
Direction V(3) (說明:Cartesian坐標(biāo)系下,V(1~3)分別代表X Y Z方向;)
查看結(jié)果:
采用相同的安匝數(shù)電流激勵(lì)條件下
如何在Maxwell2D瞬態(tài)場仿真中設(shè)置模型的深度?
問題描述:Maxwell2D瞬態(tài)場仿真器Transient在XY坐標(biāo)系中如何設(shè)置模型深度?
解決辦法:
★步驟:
?點(diǎn)擊菜單
Maxwell2D> Design Settings
?在彈出的窗口2D
Design Settings中,選擇Model Depth標(biāo)簽
?在如下圖紅色框里填入模型實(shí)際在Z方向的深度
我從機(jī)械CAD工具中導(dǎo)入的結(jié)構(gòu),能否進(jìn)行參數(shù)化和優(yōu)化?如何進(jìn)行?
可以。在HFSS中,可以選擇您要改變的結(jié)構(gòu)的面,利用Move
Surface
功能,然后,將移動(dòng)的量作為變量進(jìn)行優(yōu)化。如:讀入了一個(gè)圓柱體,要改變半徑,可選擇圓柱的側(cè)面進(jìn)行移動(dòng)表面操作,要改變高度,可選擇圓柱的上底或/和下底進(jìn)行移動(dòng)表面操作,如圖1.11。
如何確定我的波導(dǎo)能夠傳輸?shù)哪Ｊ?怎樣得到模式的截止頻率?能否只仿真高階模式?
HFSS具有只求解端口的功能。在HFSS求解設(shè)置中,選定“Ports
Only”進(jìn)行設(shè)置。如圖1.12所示。要確定波導(dǎo)等傳輸線能夠傳輸?shù)哪Ｊ?可以在端口定義時(shí),將端口的模式數(shù)設(shè)置到充分多,然后利用“Ports Only”
功能,配合插值掃頻算法進(jìn)行求解,求解結(jié)束后,做出端口Zo或者Gamma的實(shí)部隨頻率變化的曲線,即可確定波導(dǎo)能夠傳輸?shù)哪Ｊ郊案鱾€(gè)模式的截止頻率。HFSS模式排列是按照截止頻率由低到高排列的,因此,為了確保求解的正確性,必須從低階模式開始求解,而不能只求解高階模式。
不一定。通常情況下,帶線的厚度非常小,這時(shí),用帶厚度的三維模型只會(huì)增加求解時(shí)間,而對(duì)求解結(jié)果基本沒有影響。對(duì)于耦合線,厚度是一個(gè)可能必須考慮的因素,如果金屬厚度小于耦合線間距的5倍,則推薦金屬帶線采用帶厚度的三維模型,否則,采用零厚度模型。
我的威爾金森功分器中間有一個(gè)平衡電阻,如何在HFSS中仿真。
利用HFSS中的Lumped
RLC邊界條件,它指的是電阻、電容和電感的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于威爾金森功分器的具體應(yīng)用來說,其做法是:利用畫圖工具在電阻所在位置作一個(gè)矩形或多邊形,將功分器的兩個(gè)臂連起來,然后選中它,在邊界條件中將其定義為
Lumped RLC邊界條件,在對(duì)話框中定義電流方向,這里,電流的方向應(yīng)當(dāng)從一個(gè)臂指向另一個(gè)臂。如圖1.14所示。
拋物面天線在HFSS中有若干種仿真方法,可以利用HFSS-IE的矩量法計(jì)算;或者采用將饋源在HFSS的有限元法求解器中計(jì)算,然后作為場源導(dǎo)入HFSS-IE中計(jì)算;也可以在HFSS中采用有限元和矩量法的混合算法-FEBI技術(shù)建立全共形IE輻射邊界進(jìn)行計(jì)算;對(duì)于電大尺寸反射面,HFSS還可以提供FEM和PO的混合算法進(jìn)行計(jì)算。具體操作可見ANSYS
EM安裝路徑下:Examples\HFSS\Antennas\Dish_FEBI_IE_PO.pdf。
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