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
Update© 2011 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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、
在内存资源一定的情况下，求解更大规模的问题© 2011 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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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
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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：16000未知量：17000© 2011 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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
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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
结构的复杂程度(较多的初始网格)© 2011 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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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