HFSS基础培训课程——求解设置

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HFSS基础培训教程

求解设置

ANSYS中国

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HFSS设计流程DesignSolution Type Boundaries Parametric ModelGeometry/Materials

Excitations AnalysisSolution Setup Frequency Sweep

Mesh Operations Mesh Refinement NO Solve Loop YES

Analyze

Solve

Results2D Reports Fields

Converged

Finished2ANSYS, Inc. Proprietary

HFSS的求解器

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HFSS的求解器求解阶数设置– Zero Order Solution– First Order Solution– Second Order Solution

– Mixed Order Solution 矩阵求解算法– Direct Solver 适合中小规模矩阵，需要较多的内存。

– Iterative Solver 适合中大规模矩阵求解，内存消耗少、

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Solution Order 不同求解阶数对应的网格和网格上的场

Zero Order Solution First Order Solution

Second Order Solution

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Higher Order Solution Solution Order的选择–对于大而均匀的结构， Second Order网格更大、相应地，网格数量少，矩阵小，计算效率更高–可以结合迭代法矩阵求解器 2.5λ

Zero Order

First Order

Second Order

网格数： 1500未知量： 77006

网格数： 340未知量： 5000ANSYS, Inc. Proprietary

Higher Order Solution Solution Order的选择–零阶求解对内存的需求低，网格密度大时效率更高–对于结构复杂而电尺寸较小的结构，低阶求解效率更高 0.1λ

Zero Order

First Order

Second Order

网格数：5900未知量： 6000

网格数：3600未知量： 21000

网格数：1700未知量： 29000

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阶数选择与求解时间的关系 HFSS电磁场有限元求解采用四面体网格剖分，在每个网格上求解Maxwell方程组求解时间与网格数量、由网格生成的矩阵大小、矩阵的稀疏程度相关要根据计算模型的具体情况进行选择 1阶求解(默认)适合于大多数情况

在求解时，可以通过Profile观察网格数量、矩阵大小、求解时间、内存消耗等进行比较，积累经验

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混合阶 Mixed Element Orders49000 42000 35000 28000 21000 14000 7000 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Mesh 1st Mesh Mixed Memory Mixed Memory 1st

First-Order, 16:23, 1.40GB

自动选择插值基函数的阶数并决定剖分网格大小减少网格数和未知量，提高求解效率Mixed-Order, 7:55, 0.985GB

s reserved.

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求解阶数设置的一般原则与具体求解的问题相关–给出一般性的原则

Second Order电尺寸大小

First Order

Zero Order

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Solution Order的选择求解阶数的设置方法–在Setup的[Option]选项卡中设置

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HFSS v11起：两种矩阵求解算法 Direct Solver–矩阵求逆，直接求解矩阵，相比迭代法消耗更多的内存–求解稳定，不存在收敛性问题，与端口数量不敏感

Iterative Solver (迭代法求解)–大规模矩阵求解效率高，内存消耗少–求解不收敛时，自动切换回直接法矩阵求解器–内存消耗比较： Direct Solver:未知量N的1.2~1.3次方 Iterative Solver:未知量N的1.0~1.1次方：接近线性

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Iterative Solver Iterative Solver的设置–在Setup中的[Option]选项卡中设置– Enable Iterative Solver 不收敛时，自动切换到直接法

Relative Residual

迭代残项，默认的设置可以得到和直接法同样的精度不要设置大于0.1

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迭代法求解器选择原则1.计算机内存小，求解问题端口数少，迭代法速度提高明显–端口数< CPU数×2:迭代法–端口数> CPU数×2:直接法

2.若迭代法不收敛，则自动切换直接法求解–网格数量增加，迭代法的收敛性会改进

3.快速扫频(Fast Sweep)与矩阵算法–未知量< 10万：Direct Solver效率高–未知量> 30万：Iterative Solver效率高

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查看求解时采用的方法 “Solver Profile”– Poor convergence for iterative solver, switching to direct solver…

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迭代法+混合阶迭代法和混合阶有限元相结合，求解更大规模的问题求解实例：抛物面天线：~18λx18λx18λ

HFSS V13Mixed Order Solver网格数量约30万，求解收敛

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求解精度设置 MaxΔS

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MaxΔS的含义 Max Delta S–在HFSS迭代求解的过程中，后一次求解得到的S参数与前一次得到的S参数矢量相减，得到的差矢量的幅度中最大的一个–同时包含了幅度和相位的变化N S S N 11 N S 21 N S12 N S 22 N 1 N Max DeltaS max mag Sij Sij

N 1 S12 N 1 S 22

S N 1

N 1 S11 N 1 S 21

–举例：两端口

的网络迭代求解结果为：N 1 N S11 S 11 Max DeltaS max mag N 1 N S S 21 21 N 1 N S12 S12 N 1 N S 22 S 22

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Max Delta S与自适应求解自适应求解过程–自动生成最优网格–自适应迭代，网格不断细化，直到达到所需的求解精度– Max Delta S是网格生成和精度判断的重要参数初始网格生成 (共形网格)根据端口、边界条件、材料特性求解全空间电磁场得到S参数和场分布

按照电场梯度进行网格细分

Maximum Number of Passes是否达到？

Yes

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vndm.html