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十沣科技TF-eMag:国产高频电磁仿真的璀璨新星

2023/10/9    来源:e-works    作者:e-works  吴星星      
关键字:高频电磁仿真  TF-eMag  
TF-eMag犹如一颗璀璨的新星,为我国高频电磁仿真软件行业的自主可控和快速发展注入了新的活力。

    高频电磁仿真软件是解决复杂电磁问题的关键工具,广泛应用于工程和科研领域。无论是分析设计天线、连接器、射频模块、射频PCB等各种高频电子设备和系统,还是研究新材料电磁特性、分析微波器件工作机制,都离不开高频电磁仿真软件的身影。十沣科技于2023年推出了高频电磁仿真软件TF-eMag,主要用于解决电磁散射、电磁屏蔽、电磁辐射等复杂电磁问题。TF-eMag犹如一颗璀璨的新星,为我国高频电磁仿真软件行业的自主可控和快速发展注入了新的活力。

(一)高频电磁仿真软件:速度与精度的革命

       全球高频电磁仿真软件市场呈现为多元化、竞争激烈的发展态势。领先的高频电磁仿真软件厂商持续推出创新的技术和产品,为高频电磁仿真的进步树立了榜样。速度与精度的双提升是高频电磁仿真软件发展的明显趋势,而对高精度建模和网格生成、高效算法和并行计算、多物理场耦合仿真、可视化技术和交互界面等关键领域的研究动态和突破方向则是推动这一趋势的重要力量。这些领域的突破将有助于高频电磁仿真软件在未来的发展中取得更大的进步。

       1、高精度建模和网格生成:高频电磁仿真需要对物体进行高精度的建模和网格生成,以便更好地模拟电磁场的分布和变化。

       2、高效算法和并行计算:随着计算机技术的不断发展,高频电磁仿真软件需要进一步提高计算效率和精度。

       3、多物理场耦合仿真:高频电磁仿真通常涉及多个物理场的耦合,例如电场、磁场、热场等。

       4、可视化技术和交互界面:高频电磁仿真软件需要提供可视化技术和交互界面,以便用户更好地理解和操作仿真过程。

       当前,学术界正致力于研究更精确的建模与网格生成方法,探索更强大的算法与并行计算技术,寻求更高效的多物理场耦合仿真的方法和技术,开发更直观的可视化技术和交互界面,以提升高频电磁仿真的速度与精度,从而为用户带来卓越的使用体验和效率。

       凭借敏锐的洞察力,十沣科技预见到未来的高频电磁仿真软件将朝着更高精度、更高效计算和更复杂仿真的方向发展,推出的TF-eMag软件在多个关键领域进行了创新和优化。例如,针对高精度建模和网格生成,TF-eMag采用了自适应加密网格算法,根据仿真需求自动生成精细的网格,从而实现对复杂电磁场结构的精确模拟;针对高效算法和并行计算,TF-eMag支持多环境混合并行计算,实现计算资源的充分利用,从而加快计算速度,提高计算效率。

(二)TF-eMag:掀开国产高频电磁仿真新篇章

       在国家政策的扶持和国内制造业转型升级的共同推动下,我国高频电磁仿真软件行业焕发出勃勃生机。随着国内厂商自主研发力度不断加强,他们正迅速追赶国外产品,致力于早日实现高频电磁仿真软件的自主可控。在这个进程中,十沣科技的TF-eMag凭借其高效算法和广泛的应用场景覆盖,掀开了国产高频电磁仿真新篇章,为我国高频电磁仿真软件发展提供了强有力的支撑。

       作为一款涵盖有限元、矩量法、混合光学算法等多种算法的通用电磁仿真软件,TF-eMag能够精确模拟复杂材料和精细结构的电磁特性、电大尺寸天线的辐射性能以及目标的散射特性等。同时,TF-eMag具备完整的前处理、核心求解和后处理可视化功能,能够广泛应用于射频传输、天线设计、雷达散射分析、本征模态解析以及电磁热计算等多种应用场景,为客户提供全面精确的仿真模拟解决方案。让我们一起了解这款软件的特点。

       ◆优秀的前处理

       TF-eMag软件具备简洁直观的操作流程,用户可轻松实现几何创建、模型导入、网格剖分、网格导入、求解设置等工作流程。TF-eMag还具有基本的边界条件,丰富的端口激励类型,可满足用户的常用需求。

       值得一提的是,TF-eMag支持采用自适应网格加密算法,加密效果明显。以无线通信系统中的超宽带带通滤波器分析为例,采用TF-eMag自适应加密网格算法的对部分网格进行了加密,得到的仿真结果与实验值吻合较好。


       ◆强大的求解器

       TF-eMag软件发展了有限元和混合光学两种求解器,支持在不同场景下充分发挥各自算法优势。面向工程应用,TF-eMag推出了快速特征值求解器、模态扫频、区域分解、并行计算、射线追踪等一系列高效算法,使用户能够快速、准确、高效地进行仿真和分析。

       例如,TF-eMag采用基于模态法和残差向量法的快速扫频算法,在保证精度的同时,采用同样数目CPU核心,仅需要传统直接法1/2到1/5的时间即可完成宽频带的扫描求解。


       TF-eMag利用区域分解和分布式与共享内存混合的并行计算方法,实现超大规模矩阵的计算,极大的扩展了有限元分析的求解能力。在下图所示的4x4阵列天线的测试中,我们TF-eMag实现了在640核CPU集群上的并行计算。


       TF-eMag基于高效的混合光学算法,采用KD-tree射线追踪技术,大大缩短了射线追踪的搜索时间。在下图中航空模型RCS计算算例,使用TF-eMag软件得到了优于第三方参考值的计算性能,仿真结果基本一致。


       ◆高效的后处理

       TF-eMag软件具有强大的后处理响应量计算和可视化功能,支持输出常用的集总参数、天线增益、场图、电磁热等数据,可进行2维曲线图、3维云图、远场方向图、剖面图等图形图像绘制与仿真报告输出。

(三)TF-eMag应用案例分享:实践中的真知

       作为一款覆盖高频电磁场景的通用仿真软件,TF-eMag能够快速模拟电磁散射、电磁屏蔽、电磁辐射等应用领域,高效分析设计天线、连接器、射频模块、射频PCB等各种高频电子设备和系统,以及研究新材料电磁特性、分析微波器件工作机制等。目前,TF-eMag可广泛应用于电子通讯、信息通讯、特种装备、民用设备、航空航天等行业,帮助企业提升产品设计质量,缩短研发周期,降低成本,增强市场竞争力。

       案例一:高频带通滤波器仿真分析

       背景:高频带通滤波器是一种电子滤波器,可以通过滤除低频和高频信号来保留特定的频率范围内的信号。它允许高频信号通过,同时滤除低频和高频之外的信号。具有改善信号质量、实时性能、灵活性、低成本和可靠性等优点,在音频处理、通信系统和图像处理等电子领域有广泛应用。

       仿真过程:使用TF-eMag软件进行高频带通滤波器仿真分析,仿真工况和参数设置——仿真频率0.6GHz~2.4GHz,取样点数451;材料——同轴介质材料为空气,滤波器腔体材料为空气,其它金属材料为PEC;边界条件——滤波器腔体外为Perfect E;输入输出设置为端口1输入和端口2输出。


       结果:通过运用TF-eMag软件,能够预测和优化滤波器的性能,帮助设计师验证设计正确性,减少后期的测试和调试工作。

       案例二:基站天线仿真分析

       背景:带反射板的基站天线在无线通信系统中有广泛的应用。与普通的天线相比,带反射板的基站天线是一种具有特殊技术点和工艺要求的天线结构,需要通过精细的设计、优化和调试等技术手段来实现其高效、稳定和可靠的无线通信服务。

       仿真过程:基于TF-eMag软件,采用手动加密+自适应网格剖分,并完成仿真工况和参数设置——仿真频率1.9GHz。天线介质teflon,相对介电常数2.08,损耗角正切0.001。天线及反射板为Perfect E边界,5天线的激励功率均为1W,初始相位分别为0、-30°/-60°、-90°、-120°。


       结果:反射板基站天线,在天线处能量变化剧烈,需要精细的网格剖分才能求解准确。借助TF-eMag软件,可以以极高的计算效率完成天线的S参数、远场图等的仿真,帮助工程师快速预测和优化天线的性能指标,支持方案决策以及辅助故障诊断。

       案例三:机箱屏蔽仿真分析

       背景:机箱内部包括主板、CPU、显卡、硬盘等硬件会发出电磁波。这些电磁波会穿过机箱壳体,对人体产生一定的辐射影响。屏蔽材料可以减少电磁波的穿透能力,减少电磁辐射的范围,从而减少电磁波对周围环境和人体的影响。同时,采用屏蔽措施还能有效减少电子设备之间的相互干扰,提高计算机的稳定性和工作效率。

       仿真过程:采用TF-eMag软件进行机箱屏蔽仿真分析,通过S参数值来表征机箱屏蔽效果。机箱屏蔽的仿真工况和参数设置——仿真频率为5GHz~15GHz,取样间隔0.01GHz;材料方面,偶极子天线、机箱壁和通风孔的材料为PEC,其它部分材料为空气;边界条件方面,机箱外壁外为Perfect E;发射端口为机箱外偶极子端口;接收端口为机箱内偶极子端口。


       结果:通过应用TF-eMag软件对机箱的屏蔽效能进行评估,可以降低产品测试成本,缩短开发周期,辅助优化产品设计,提高产品性能和质量。

       总体来看,TF-eMag软件在解决复杂电磁场景的工程实际问题中表现出色。在易用性方面,TF-eMag软件在设计上充分考虑了用户的使用体验,提供了友好的图形用户界面和简洁明了的操作流程,用户通过直观的界面设置和操作步骤即可完成仿真任务;在可靠性和稳定性方面,TF-eMag软件经过了严格的质量控制和测试,确保用户可以信赖并依赖它来完成重要的仿真任务;在先进技术方面,TF-eMag软件集合了有限元和混合光学两种求解器算法的优点,可以在不同场景下充分发挥各自算法的优势,提高仿真的准确性和效率。未来,TF-eMag软件还将不断进行技术创新和升级,以适应不断变化的市场需求和技术发展趋势。

责任编辑:程玥
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