復(fù)雜無源器件Ansoft Designer和HFSS協(xié)同仿真解決方案

    當(dāng)電磁場(chǎng)仿真被設(shè)計(jì)者廣泛接受后，我們進(jìn)一步需要把這種技術(shù)應(yīng)用到各種需要精確仿真求解的更大規(guī)模的設(shè)計(jì)問題中。這里就產(chǎn)生了一對(duì)速度與精度之間的矛盾，因?yàn)槲覀冎��?電路仿真速度是很快的，傳統(tǒng)的仿真方法一般都是基于等效電路的。我們希望有一種切實(shí)可行的解決方案：能提供快速、具有電磁精度、且求解問題的規(guī)模不受限制。

    因?yàn)樽鳛楣こ淘O(shè)計(jì)軟件，僅僅解決求解精度問題是不夠的，更重要的是能夠提供一種高效率的、可操作性 強(qiáng)的設(shè)計(jì)流程。“場(chǎng)路結(jié)合、協(xié)同仿真”的思路就是基于這種實(shí)際工程中的需求而產(chǎn)生的。

    Ansoft 提供的這套復(fù)雜無源器件仿真的解決方案如下圖所示：

    首先，一個(gè)復(fù)雜的無源器件被拆分成若干基本單元，對(duì)于每個(gè)基本單元在 HFSS 中建立三維模型進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真和參數(shù)化掃描。參數(shù)化掃描的目的是為了后面將要進(jìn)行的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基本數(shù)據(jù)。在經(jīng)過合理的劃分基本單元之后，每個(gè)單元通常都是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且電尺寸小。對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，在HFSS 中很容易就能得到收斂的仿真結(jié)果。在這一步，我們充分利用了場(chǎng)仿真的精度為后面提供了精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。

    接著，HFSS 中的基本單元通過場(chǎng)到路的“協(xié)同仿真”鏈接到Ansoft Designer 的電路設(shè)計(jì)原理圖中。這樣以來，整個(gè)復(fù)雜器件的導(dǎo)波特性由電路仿真完成，電路原理圖中的元件即為HFSS 中的基本單元。

    然而，如果“協(xié)同設(shè)計(jì)”僅僅停留在擬合S 參數(shù)文件進(jìn)行電路仿真的層面上，就只能用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證，而不能用作設(shè)計(jì)。因?yàn)楫?dāng)仿真結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，我們無法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化—顯然在電路仿真層面上，只剩下基本元件的S 參數(shù)，所有三維結(jié)構(gòu)信息全部都丟失了，因而想要無法實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電路級(jí)的優(yōu)化――如果應(yīng)用不同廠家的電磁場(chǎng)仿真器和電路仿真器就必然面臨這種情況。

    Ansoft 協(xié)同設(shè)計(jì)軟件包的最大優(yōu)勢(shì)在于它同時(shí)包含強(qiáng)大的三維電磁場(chǎng)仿真工具HFSS 和電路仿真工具 Ansoft Designer，當(dāng) HFSS 中的基本單元以元件的形式插入Ansoft Designer 的電路設(shè)計(jì)原理圖時(shí)，除了S 參數(shù)之外，所有的變量（如尺寸、材料特性）和參數(shù)化掃描結(jié)果都可被動(dòng)態(tài)鏈接進(jìn)來，從而為基于電路仿真的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在Ansoft Designer中進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，即使是 HFSS 中參數(shù)化掃描沒有的點(diǎn)，也可以由插值算法得到，整個(gè)器件的 優(yōu)化過程可以直接在電路級(jí)進(jìn)行。

    在電路級(jí)完成整個(gè)器件的優(yōu)化后，原理圖還可以通過腳本直接輸出到 HFSS 進(jìn)行驗(yàn)證，從HFSS 中輸出三維模型到機(jī)械 CAD 軟件。

    并且，針對(duì)幾種波導(dǎo)器件類型， 如 Iris 波導(dǎo)濾波器、腔體濾波器和分支線耦合器，Anosft 還可提供給Ansoft Designer 用戶波導(dǎo)器件庫。器件庫不僅包含所有元件的 HFSS 模型，還有幫助實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化的腳本文件，并且支持 DOE的設(shè)計(jì)方法。

    接下來我們看幾個(gè)應(yīng)用這種解決方案設(shè)計(jì)復(fù)雜無源器件的實(shí)例。