Ansys HFSS Mesh Fusion及不同Mesh应用场景介绍

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1、Ansys HFSS Mesh Fusion的由来
在5G和自动驾驶等新兴技术的推动下，我们需要更高的数据传输速度和频率，以及更紧凑的尺寸，这就意味着采用割裂的组件建模系统设计方法无法达到关键组件之间的电磁耦合精度要求，此前各版本在这方面也都忽略了此类问题。
工程师希望了解组件之间的电磁耦合问题时，系统-电磁的仿真需求应运而生。如芯片到封装、PCB和连接器、或者飞机上大规模的Ku波段卫星天线阵列布局等。虽然在HFSS网格融合功能问世之前也可以开展此类仿真，但由于系统CAD模型的复杂性以及系统几何结构尺度上的巨大跨度，生成有限元网格（FEM）极具挑战性。
网格生成是最终结果精度的关键。IC封装、连接器、PCB和机框结构的最佳网格划分方法各不相同，不过它们都涉及耦合场，在局部使用合适的网格技术至关重要。自适应网格细化与3D组件模型的结合有助于Ansys在整个系统中重点运用最适合MCAD几何结构的特定网格划分方法。

2、Ansys HFSS Mesh Fusion技术
Ansys最新发布的Ansys 2021R1新版中，重磅推出HFSS网格融合（Ansys HFSS Mesh Fusion）功能，能够在保证精度的前提下，针对电磁系统中不同组件的特点分别指定相应的网格剖分方法，帮助工程师将IC、封装、连接器、印刷电路板、天线和平台整合到单一Ansys HFSS分析内，预测EM性能，颠覆性实现了完整复杂电磁系统的高效仿真能力。因此，企业可以解决更复杂的设计，更具信心的挑战性能极限，创造最先进的产品。

Ansys HFSS Mesh Fusion网格融合功能特征:
（1）独立的网格剖分区域
•        每个区域采用合适的剖分方法和尺度
•        不同模型区域间并行网格，加速生成初始网格
（2）改善多尺度装配模型网格剖分可靠性
•        例如天线平台布局，包含封装的PCB，包含IC的封装
（3）有限元求解技术的重大突破，精度没有妥协，跨区域模型场完全耦合！

Ansys HFSS Mesh Fusion网格融合优势：
（1）Robust: 整体网格质量更好
•        部件级网格控制
•        部件维度的网格容差要求
（2）Faster: 并行网格剖分
（3）Scalable: 可以剖分更大和复杂的完整“电磁系统”
（4）没有任何限制!


3、Ansys HFSS网格技术介绍
网格好坏是能否快速准确的得到仿真结果的关键因素之一。通常做高频电磁场仿真会关心网格的以下几个方面：
（1）网格剖分成功率，也就是会不会报错，提示要模型简化和修复；
（2）网格剖分效率，也就是剖分得快不快。这点对于求解大模型很重要。比如手机整机，大尺寸阵列天线等等；
（3）网格剖分精度；
（4）易用性；
当HFSS计算时，它是通过将几何模型离散成为一个个单独的网格单元，再分别计算每个单元的电磁特性，从而推算出整体模型的电磁特性。换句话说，我们建立的几何模型并不是软件看到的模型，而网格剖分就是要让软件看到的模型尽量和我们建立的一致。网格质量直接影响到求解精度，差的网格甚至有可能导致求解计算失败。
3.1 HFSS Classic Mesh和Tau Mesh
网格剖分质量的好坏与剖分方法直接相关。HFSS中默认有两种初始网格剖分方法，分别是classic mesh和tau mesh。classic mesh是先针对模型进行面网格剖分，再基于面网格进行体网格生成。而tau mesh则是直接生成体网格。默认设置是由HFSS自动选择网格剖分方法，但在某些特定的的问题时，我们可以预先设置好相应的剖分方法，提高剖分的效率。比如薄层结构或小直径RF线圈模型，classic mesh更为适合。而当模型需要更为均匀的网格时，tau mesh则更为适合。
3.2 HFSS Phi Mesh和Flex Mesh
随着技术的发展，现在仿真的精细度要求越来越高，使得仿真模型的细节越来越多，模型结构也越来越复杂。比如手机的仿真，在验证手机天线和整机EMC时，需要对整机模型进行仿真，这种情况下传统的网格剖分方法已经力不从心。
HFSS在最近的版本中增加了两种新的网格剖分方法，分别叫做phi mesh和flex mesh。
Phi mesh特别适合于PCB类平面叠层结构模型，根据此类模型的特点即每一层的厚度相同的特点进行网格剖分，采用先进行面网格剖分，再取点生成体网格的方式，可以提升此类模型的网格剖分效率40-60倍。

电小且模型复杂无规律问题的难点在于剖分的成功率，由于模型往往是由第三方的CAD工具导入HFSS，经过了格式的转换，可能会存在模型误差或者错误的问题，从而导致网格剖分失败。HFSS新推出的Flex meshing技术，可以有效的识别模型的错误，并给出提示信息辅助判断。并且Flex meshing技术可以针对性的对模型关键区域提供完全保真度的网格而放宽用户定义非关键区域网格的要求，极大的提升网格剖分的成功率，网格剖分效率可提升5-10倍。


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