HFSS电磁分析常见问题处理办法
2016-02-07 by:CAE仿真在线 来源:互联网
ANSYS中国几十位工程师根据十几年的工程仿真实践经验,走访了国内众多科研机构,行业精英研发企业,呕心沥血总结了《ANSYS软件常见问题与解答》,涉及结构、流体、热分析、高频、低频、系统与嵌入式软件。此系列涵盖工程仿真应用中遇到的各种问题:包括具体操作步骤、ANSYS HFSS软件最新版本的新功能、各种简单高效的设计步骤。
问题1:对于复杂的模型,当物体之间存在复杂交叠(intersect)是,如何解决
A:
当物体之间存在复杂交叠时,分为以下三种情况:
-
如果是同类属性的材质(如金属或介质),有部分交叠时,需要在两者材料中进行相减布尔运算,如图1.21(a)所示,否则validation
check时3D model将报错 ;
图1.21(a)
红色和蓝色部分交叠的物体 图1.21(b) 红色被蓝色物体完全包围的物体
2.如果是异类属性的材质(如金属和介质),有部分交叠时,可在HFSS菜单中HFSS->
Design setting中勾选Enable material override选项,如图1.21(c)所示。此时金属物体将优先占据与其交叠的介质区域,3D
model check通过。
图1.21(c)
开启材料优先设置
天线罩的电磁仿真是典型的大规模计算问题,通常需要和内部的天线(阵)做一体化仿真。其计算量的来源主要包括:天线罩上的介质薄层、天线罩所包含的电大尺寸空腔、天线(阵)。由于大部分天线罩同天线(阵)之间存在较强的近场相互作用,采用导入天线(阵)辐射场的方式会损失计算精度。在保证精度的前提下减少计算量的途径有两个个:1)对于天线罩上厚度远小于波长(比如
< 1/10波长)的介质薄层采用“Layered Impedance
Boundary”(分层阻抗边界)进行等效,如图1.22(a)、(b)所示,该边界条件可以不失真的考虑电场和磁场透过介质薄层的变化,避免了实体建模产生的细小网格;2)对于天线罩内和天线(阵)之间包含的空腔,可通过FEBI(FEM-IE的混合算法)算法在一定程度上减少计算量,如图1.22(c)所示。
图1.22(a)
图1.22(b)
图1.22(c)
使用HFSS的缠绕功能wrap
sheet可一次性将分离的多个平面以某一待缠绕物体的表面为参考面进行缠绕操作,如图1.23(a)所示,先将待缠绕的平面与被缠绕的物体(黄色圆柱体)相交(某一边接触即可,从HFSS2015开始无需接触也可缠绕)。
1.23(a)
准备缠绕前工作
通过modeler->surface->wrap
sheet功能,一次性将贴片平面缠绕至圆柱体被缠绕体上。
1.23(b)
一键缠绕
缠绕后的共形贴片天线,完成建模
,
1.23(c)
Project变量和Design变量如何定义,使用范围有何区别?
Project变量通过HFSS菜单栏上Project
Project Variables Add的方法定义,Project变量属于全局变量(Global Variables),该变量能适用于整个HFSS
Project下包含的所有设计中。
1.24(a)
Design变量通过HFSS菜单栏HFSS
Design Propertities Add的方法定义,Design变量属于局部变量(Local
Variables),其仅在当前HFSS设计中有效,不能使用于相同HFSS Project的其他设计中。
1.24(b)
HFSS材料库之中包含了常用的介质及金属材料,如果用户碰到一些特殊材料没有在库中定义,可以自行定义这种材料,定义的方法是在Modeler菜单中选择Assign
Material,然后在弹出的对话框中选择Add
Material,在弹出的参数定义对话框(如图1.25所示)里输入材料的参数,并在左上角输入所定义材料的名称,点击右下侧Validate
Material按钮,可以检查参数是否合理,如果没有报错,点击Ok就把新材料添加进了材料库里,可以直接使用了。
图
1.25
如何对磁滞材料建模
方法一
★步骤一:输入材料的起始磁化曲线
★步骤二:设置材料磁化属性
★步骤三:添加材料的磁化曲线
方法二
★步骤一:输入模型的初始退磁曲线
★步骤二:添加模型的退磁曲线
Maxwell中可以自定义材料,并生成库文件后可以供其它用户使用。
打开Maxwell界面,点击菜单Tools>Edit
Configured Libraries>Materials,再点击选项Add Material
填写自定义材料名字,并输入材料参数,点击ok
点击Export
to Library,选择存储位置,并制定材料库名称,点击保存,生成材料库文件。
在菜单栏Tools>Customize
在弹出窗口中,点击
Reset All,快捷按钮显示恢复成默认方式
问题描述:电机或者变压器磁性材料中,硅钢片一般由薄片叠压而成,此叠压系数在Maxwell如何定义和计算?
解决办法:
1、RMxprt一键有限元自动折算叠压系数到材料B-H曲线B值中;
2、手动定义/设置叠压系数
★步骤:
正常定义材料的B-H曲线
在材料定义窗口,选择Composition->Lamination
Stacking
Factor 填入0~1的系数
选择低压方向:Stacking
Direction V(3) (说明:Cartesian坐标系下,V(1~3)分别代表X Y Z方向;)
查看结果:
采用相同的安匝数电流激励条件下
如何在Maxwell2D瞬态场仿真中设置模型的深度?
问题描述:Maxwell2D瞬态场仿真器Transient在XY坐标系中如何设置模型深度?
解决办法:
★步骤:
点击菜单
Maxwell2D> Design Settings
在弹出的窗口2D
Design Settings中,选择Model Depth标签
在如下图红色框里填入模型实际在Z方向的深度
我从机械CAD工具中导入的结构,能否进行参数化和优化?如何进行?
可以。在HFSS中,可以选择您要改变的结构的面,利用Move
Surface
功能,然后,将移动的量作为变量进行优化。如:读入了一个圆柱体,要改变半径,可选择圆柱的侧面进行移动表面操作,要改变高度,可选择圆柱的上底或/和下底进行移动表面操作,如图1.11。
如何确定我的波导能够传输的模式?怎样得到模式的截止频率?能否只仿真高阶模式?
HFSS具有只求解端口的功能。在HFSS求解设置中,选定“Ports
Only”进行设置。如图1.12所示。要确定波导等传输线能够传输的模式,可以在端口定义时,将端口的模式数设置到充分多,然后利用“Ports Only”
功能,配合插值扫频算法进行求解,求解结束后,做出端口Zo或者Gamma的实部随频率变化的曲线,即可确定波导能够传输的模式及各个模式的截止频率。HFSS模式排列是按照截止频率由低到高排列的,因此,为了确保求解的正确性,必须从低阶模式开始求解,而不能只求解高阶模式。
不一定。通常情况下,带线的厚度非常小,这时,用带厚度的三维模型只会增加求解时间,而对求解结果基本没有影响。对于耦合线,厚度是一个可能必须考虑的因素,如果金属厚度小于耦合线间距的5倍,则推荐金属带线采用带厚度的三维模型,否则,采用零厚度模型。
我的威尔金森功分器中间有一个平衡电阻,如何在HFSS中仿真。
利用HFSS中的Lumped
RLC边界条件,它指的是电阻、电容和电感的并联网络。对于威尔金森功分器的具体应用来说,其做法是:利用画图工具在电阻所在位置作一个矩形或多边形,将功分器的两个臂连起来,然后选中它,在边界条件中将其定义为
Lumped RLC边界条件,在对话框中定义电流方向,这里,电流的方向应当从一个臂指向另一个臂。如图1.14所示。
抛物面天线在HFSS中有若干种仿真方法,可以利用HFSS-IE的矩量法计算;或者采用将馈源在HFSS的有限元法求解器中计算,然后作为场源导入HFSS-IE中计算;也可以在HFSS中采用有限元和矩量法的混合算法-FEBI技术建立全共形IE辐射边界进行计算;对于电大尺寸反射面,HFSS还可以提供FEM和PO的混合算法进行计算。具体操作可见ANSYS
EM安装路径下:Examples\HFSS\Antennas\Dish_FEBI_IE_PO.pdf。
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