Release 2020 R2 обновление для высокочастотного анализа

В этой статье мы рассмотрели основные нововведения для высокочастотного анализа, которые появились во втором релизе и доступны в программном пакете ANSYS Electronics Desktop. Напомним, что Electronics Desktop содержит в себе множество программных продуктов, предназначенных для комплексного анализа электроники. Такими продуктами ANSYS являются: HFSS, EMIT, SAVANT, Q3D, Circuit и т.д.:

Итак, перейдем к новым возможностям

HFSS 3D
Direct Solver Option

Решатель Direct Solver предоставляет расширенный анализ для фазированных антенных решеток. Работает на основе инновационного решения HFSS DDM. Например, в случае анализа массива антенных решеток на основе 3D-компонентов, как показано на рисунке ниже:

Что дает возможность решить матрицу матрицы DDM с помощью прямого матричного решателя: 
• Отсутствие «приближения для массива»;
• Вычисляется полный набор связей S-параметров;
• Возможность расчета антенных решеток 5G mmWave;
 

Параллельное начальное построение сетки для 3D Component Array + гибридный решатель (Hybrid Solver). Теперь все 3D компоненты объединяются в единую сетку. Это дает почти линейное ускорение, когда разные 3D компоненты имеют одинаковую сложность сетки. При установке в проекте параметра Set Do Mesh Assembly:

При настройках расчета в режиме Auto HPC включится параллельное соединение компонентов. В случае ручной настройки HPC, потребуется установка сборка сетки “Mesh Assembly” в распределении заданий (Job Distribution). При расчете 4-х идентичных компонентов, происходит почти линейное ускорение расчетов:

Таким образом, с выходом новой версии, HFSS включает в себя улучшенный решатель HPDM 3D Component DDM для антенных решеток.

5G Standard Toolkit

В расширениях ANSYS ACT появился новый инструментарий для работы с устройствами 5G: “5G Wizard”:

Благодаря этому инструменту Ansys HFSS может автоматически вычислить биосовместимость оборудования 5G

• Импорт Codebook;
• Расчет плотности мощности;
• Расчет кумулятивной функции распределения;
• Полная параметризация;
 

Оценка максимально допустимого воздействия плотности мощности

Теперь возможно автоматическое извлечение плотности мощности с помощью HFSS и инструментария 5G Wizard:

Моделирование антенной решетки 5G

На основе данных об управлении лучом из Codebook 5G Wizard. Как это работает:
▪ Луч антенны сформирован с использованием справочной таблицы: Codebook;
▪ Справочная таблица импортирована в HFSS;
▪ Пользователь может контролировать луч, выбрав соответствующий идентификатор луча (ID Beam).
Данные из Codebook в таблице:

Сформированная диаграмма направленности:

Оценка возможности пространственного покрытия для антенн 5G мм-волны

Функция кумулятивного распределения (Cumulative Distribution Function - CDF) для антенных решеток. Статистический анализ величин дальнего поля, который приводит к вероятности того, что величина будет меньше или равна некоторому проценту по всей бесконечной сфере дальнего поля. Ниже приведен пример CDF: вероятность того, что устройство доставит 20,2 дБм EIRP до 50% точек приемных устройств:

Таким образом рассматриваемое расширение ACT разработано для автоматического извлечения кривой CDF для антенных решеток. Кроме того, данные из ACT 5G Wizard позволяют анализировать диаграммы направленности устройств в разных плоскостях:

Также возможно провести анализ воздействия человеческого организма на CDF:

Распределенный решатель Direct Solver - Улучшения использования памяти

В качестве теста рассчитывался многопакетный модуль на 264 порта. Расчеты стали потреблять на 20% меньше памяти:

В случае модуля с 764 портами, экономия памяти составила 16%:

Разрешено соприкосновение областей металла и диэлектрика в FEBI областях [Beta]

Гибридный решатель с новой опцией может быть полезен для моделирования поверхностей автомобиля и электроники под корпусом. Таким образом происходит улучшение производительности по сравнению с прежним FEBI. Для активации новой области необходимо установить флаг «Mixed IE Region Solver»:

Затраты машинных ресурсов на расчет приведены в таблице ниже:

Model with paint - модель с красящим покрытием (зада через Layered Impedance).

Расчет ближнего поля в решателе SBR+

В SBR+ решателе теперь стала доступна возможность извлечения полей в ближней зоне (Near Field). Поля можно извлечь для SBR+ солвера, а также в дизайне с гибридными регионами SBR+. Поля в ближней зоне также могут быть наложены в окне моделера:

Ниже пример установки монополия с частотой 1 ГГц на корабле. При этом рассчитаны высокочастотные поля между антенной и бортом. Стоячие волны также были учтены:

В HFSS стал доступен Multipaction Solver

Теперь в HFSS доступен автоматический рассчет и визуализация заряженных частиц. Эффект мультипактора - это явление в вакуумных трубках и волноводах радиочастотного усилителя, где при определенных условиях вторичная электронная эмиссия в резонансе с переменным электрическим полем приводит к экспоненциальному размножению электронов, возможно повреждая и даже разрушая РЧ-устройство:

HFSS 3D Layout

Интеграция HFSS 3D Components в 3D Layout

В HFSS 3D Layout, который используется для анализа печатных плат, теперь стали доступны 3D-компоненты

3D компоненты поддерживают:

• Параметризацию;
• Работу с трехмерной сеткой;
• Работу скриптов;

Схемотехнические элементы

Доступно определение моделей компонентов в диалоговом окне схемы (Только R, L, C). Преобразование в элементы схемы для расчета в HFSS:

 

Удобство использования и производительности

По аналогии со стандартным HFSS, в 3D Layout возможно производить автоматическую настройку моделирования:

• Улучшения коснулись операций Cutout и Extents;
• Добавлены точечные элементы схемы;
• Теперь возможно преобразование примитива в экземпляр padstack;
• Точка минимальной частоты для интерполяции развертки;
• Максимальное количество точек для широкополосной адаптивной сетки;

Circuit and System

Улучшена сходимость при анализе цепей

Диод для силовой электроники
Проблема: SPICE-модель диода от производителя моделирует идеальное поведение при настройке «N» приводит к большим I, Q и di / dv, приводящие к проблемам сходимости:

Решение: автоматическое обнаружение проблемных моделей и построение двух сегментной аппроксимации PWL как функции N. Заменить модели во время загрузки устройства

Полученные результаты:

• Меньше итераций по Ньютону -> более быстрое моделирование;
• Не влияет на точность;
• Улучшенная переходная конвергенция;
• По умолчанию включено ‘.option SKIP_PWL_DIODE = 1’ для деактивации;
• Теперь поддерживается модель диодов PWL LTSpice.
   

Модифицированный Limiting Algorithm

Проблема: ограничение обновления Ньютона ( Newton update limiting) отрицательно влияет на сходимость. Это приводит к замедлению моделирования или сбоям сходимости при расчетах:
Решение: Теперь доступен новый алгоритм для улучшения метода ограничения «Modified Limiting». В пользовательском интерфейсе расположен, как показано на рисунке ниже:

Полученные результаты: Увеличение скорости сходимости без потери стабильности решателя;
Модифицированное ограничение следует использоваться, если стандартное ограничение замедляет работу ОС или имеются проблемы сходимости:

Новые наборы инструментов

 

Улучшение пользовательского интерфейса Spectral Plotting
Проблема: запутанные параметры спектральной обработки
Решение: заменено # Harmonics на Max Freq, чтобы выбрать частотный диапазон для построения графика.Также изменен сбивающий с толку термин "Разрешение полосы пропускания" на "Дельта-частота".
Полученные результаты: более интуитивно понятный интерфейс для построения спектральных графиков.

Новые модели в наборах инструментов EMC / PE

Инструменты EMC: Моделирование электростатического разряда: модель диода Snapback:

Инструменты для силовой электроники:

• Компенсаторы типа I, II, III
• Простая в использовании схемная реализация для проектировщиков.
• Модель диода PWL
   

PSPICE VSWITCH для схемы: Ранее было доступно только в списке соединений

Начиная с версии ANSYS Electronics Desktop 2020 R2, EMIT дизайнер включен по умолчанию и может быть использовать для решения задач электромагнитной совместимости.
Стало доступно создание пользовательской библиотеки, и также экспорт из схемы в библиотеку:

Упрощенная настройка взаимного влияния антенн:

• Автоматическое создание / подключение антенн для связанного дизайна;
• Возможность добавления / подключения антенны;

Немедленная проверка (Validation) проекта:

• Предупреждения о конфликте компонентов в схеме;
• Связанные предупреждения в менеджере проектов;

Улучшений рабочего процесса:

• Интеграция с настольными устройствами;
• Оптимизированы определения компонентов;
• Динамические ссылки «Обновить все»;
• Обработка изменений, сделанных после вызова связанной симуляции;

Рабочий стол и Modeler
Графика и MCAD
 

Теперь доступна поддержка затенения (Shading) для графиков наложения полей (ровное / плавное затенение)

Зависимые переменные, доступные в 3D-компонентах (только чтение свойств в целевом дизайне):

Теперь возможен экспорт графиков наложения полей в EnSight-файл:

Ansys EnSight – это ведущая программа для обработки и визуализации результатов численного моделирования, позволяющая анализировать сложные конструкции в рамках многодисциплинарных расчетов. Встроенный инструмент 3D-просмотра EnVision обеспечивает высококачественный рендеринг и поддерживает различные текстуры, материалы, источники света и виды геометрии. Пользователь визуализирует любые физические процессы по результатам проведенных расчетов, создает и редактирует анимацию по ключевым кадрам, аннотации и окна просмотра.

 

Desktop Framework

Объектно-ориентированный скриптинг (бета)

• Платформа для обеспечения доступа к полной модели данных;
• Запросы и правки;
• Интуитивно понятный и простой в использовании;
• Реализовано для 3D Modeler, Reporter, Optimetrics;

Включена поддержка Microsoft MPI.
В новой версии добавили поиск в библиотеках материалов по ключевым словам. Кроме того, поиск в библиотеках Granta доступен для пользователей, не имеющих лицензии Granta: