ANSYS HFSS 2023 R1版本在工作流程、前处理和并行求解方面的进行了改善和提升,使电磁仿真功能更全面、流程更高效。本文将围绕HFSS 2023 R1版本新增的几个核心性能和功能提升进行初步介绍。
支持在HFSS 3D Layout快速布置对HFSS 3D中的组件,从而实现对复杂装配体的支持。用户现在可以在Layout中使用参考坐标系进行组件的放置,并可对组件边界框和端口进行调用和处理。同时,支持对其中的HFSS 3D组件进行原始设计的修改。这些便利使得用户可以在几分钟内实现复杂装配仿真模型的搭建,大大提高了建模的效率。如下所示为具有29个组件的Layout仿真分析:
图1 最终装配体模型及仿真效果
图2 装配体中的组件列表
在前面的版本中,HFSS以串行的方式剖分3D组件,其效率相对较低。在新版本中,在3D组件剖分方面进行了质的提升,采用了并行剖分,极大提高了模型的前处理效率。如下为带馈电结构的16×16天线阵,其中含有26类独立组件,总计432个组件:
图3 带馈电结构的天线阵列仿真
通过比对可以看到其加速了42%。
表1 加速效果对比
Delta S | # of passes | 12 Core Adaptive Mesh | |
Sequential | Parallel | ||
0.02 | 5 | 3:31 | 2:29 用于网格融合的迭代求解器 |
在HFSS 2023 R1版本中,针对网格融合加入了迭代求解器,其在降低内存消耗和求解速度上都得到极大提升。如下为基于网格融合技术的反射面天线,在直接求解和迭代求解中,两者求解结果完全一致(即采用迭代求解没有精度损失),同时内存消耗减低了54%、求解速度提高了42%。
图4采用迭代器求解器的反射面天线
表2 求解效率对比
32 cores – Mesh fusion 2 domains | |||
direct | iterative | ||
00:49:31 | 113 GB | 00:29:07 | 52.1 GB |
针对网格融合求解器进行了加速优化,实现3D组件阵列的多节点分布矩阵快速组装和场恢复,同时提升了分布矩阵求解性能。对于超大阵列迭代求解器同样进行了提升,其有效降低了迭代次数,大大提升了求解速度,为阵列天线设计人员提供了有力的设计工具。如下为大型阵列天线采用新旧版本进行仿真时的效果对比,可以看到新版本减少了24%的内存需求,并获得了25%的速度提升。
图5 大型天线阵列仿真
表3 求解效率对比
Ver | # iter | 1 machine 16 cores | |
22.2 | 29.9 | 03:08:59 | 171GB |
23.1 | 21.3 | 02:22:03 | 131GB |
如下为复杂电路板的直接求解,基于AMD CPU和数学库加速提高了44%-82%的求解效率。
图6 复杂电路板仿真模型
表4 求解速度对比
Num Cores | Without AMD lib | With AMD lib |
8 | 0:17:46 | 0:09:45 (1.82x) |
16 | 0:11:04 | 0:06:59 (1.58x) |
32 | 0:08:13 | 0:05:42 (1.44x) |
1、宽带波端口的快速扫描
针对HFSS 3D Layout中信号分析的宽带问题,在本次版本更新中对其中的低频部分进行了稳定性改进和性能提升,大大提高了宽带扫描的效率。如图所示为四端口激励下的宽带波端口快速扫描,其仿真结果与插值扫描相同,但效率提升了4.7倍。
图7 仿真模型和仿真结果对比
表5 计算速率比对
32 cores – Frequency sweep | |
Interpolating | Broadband fast |
00:15:02 | 00:03:10 |
2、自适应时间步进算法
基于多级时间步长控制算法,使用Newton迭代次数作为非线性的指示,减少线性部分的时间步数,增加弱/中等非线性段的时间步数。从而减少总的时间步数,降低Newton迭代次数、缩短仿真时间。
图8 时间步控制对比
表6 时间步控制效应示例
除了上述功能之外,ANSYS HFSS 2023 R1在模式端口应用、等离子体仿真、SBR+等方面也有重要的改进,本文不再一一详述,这些功能改进无疑带来了更全面的性能、更高效的仿真流程和更强的可靠性。
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