提高HFSS仿真速度的几种方法
方法一:取消生成场分布结果
以Ansys 2020 R1为例。
如果求解结果不需要看场的分布,只需要知道S参数等,则可以在工程树的Analysis下的setup里Advanced取消保存场结果。
方法二:更换基函数和求解器
在setup里Options换一个基函数(Basis Functions)和求解器(Solver)。
不同基函数有不同的网格大小,阶数越高,网格越大。默认采用一阶(First)基函数,当遇到复杂模型时可采用混合阶(Mix),更复杂时可考虑零阶(Zero)。
迭代求解器(Iterative)相比直接求解器(Direct)更加节省内存,但速度不一定比直接求解器快。
方法三:修改迭代次数和收敛标准
在setup里General和Options修改迭代次数和收敛标准。
HFSS默认的最大迭代次数(Maximum Number of Passes)为6次,但是对于比较复杂的模型时很难收敛,可以把次数增大到20次,确保结果收敛。
Delta S指的是本次求解结果相比上次求解的差值,当Delta S小于指定值0.02时会认为达到收敛,停止迭代。0.02这个值很合适,除非实在是模型复杂,难以收敛,可以调到0.025或0.03等,此外不建议太大。如果要追求精度,也可以降低到0.01。
Minimum Number of Passes为最小迭代次数,一般默认为1,不需要修改。
Minimum converged Passes为最小收敛次数,其值为2则代表要连续两次的求解结果的Delta S小于指定值才能收敛。
方法四:修改扫频方式
在工程树的Analysis下的setup下的Sweep里General改变扫频方式。
离散扫频(Discrete)最慢,结果最精确。(一般用不到)
快速扫描(Fast)最快,但精度略差,越偏离中心频率,结果越不准。占用内存比插值要大。常用于fmax/fmin<4的情况。
插值扫描(Interpolating)常用于fmax/fmin>4的情况。
此外,在选择Fast时会自动勾选Save Fields,如果不需要求解场结果,记得取消。
方法五:调整网格大小
在工程树的Mesh下的Initial Mesh Settings里General改变网格划分方法和网格数量。
网格划分方法默认采用Auto,但是对于薄层结构或小直径rf线圈模型时,可直接采用Classic。当模型需要更为均匀的网格时,可采用TAU。
网格数量的滑块往左,网格数量减少;滑块往右,网格数量增大。可通过减少网格数来防止出现out of memory问题。
方法六:增大内存分配
在HFSS上方菜单栏Tools → Edit Active Analysis Configuration里给软件分配内存。
取消勾选Use Automatic Settings,在下方Tasks和Cores填上电脑内核的数量,在RAM Limit设置允许HFSS使用的内存占比。如果设置的太高,电脑容易崩溃。
电脑内核的数量可在任务管理器的性能查看。
方法七:增加处理器数量
在HFSS上方菜单栏Tools → Options→General Options→Desktop Performance里修改处理器数量。
将Number of processors填上小于电脑逻辑处理器的数目(可在任务管理器里面查看)。
方法八:减小空气盒子尺寸
如果研究对象是工作在近场或中场的,如射频线圈等。则空气盒子不需要满足四分之一波长的限制条件,可以适当小一些,以减少计算量。例如可以参考下图中这个李明洋课程里的线圈尺寸和空气盒子尺寸。
方法九:删除不用的仿真结果
删除之前的求解数据,可防止内存不足等。
可以在HFSS上方菜单栏HFSS → Results里点击Clean Up Solutions以清除当前设计文件的求解结果,或者也可以直接删除工程文件目录下生成的result文件夹(HFSS就是.hfssresults文件夹,Ansys就是.aedtresults文件夹)。
方法十:避免圆形建模
建模时尽量少使用圆形,因为HFSS的圆形本质上是一个边数很多的正多边形,可以的话使用正方形或六边形替代。例如要建模一个线圈,圆形线圈可以使用正十几边形替代,而线圈的圆形截面可以使用正方形截面替代,这样可以减少不少仿真时间,而且仿真结果差异不大。
方法十一:使用有限导体建模
在需要建模PCB上的天线以及平面螺旋线圈等时,可以使用有限导体来建模,即画好二维的走线后,选中走线,右键选择Assign Boundary → Finite Conductivity,在下图的窗口中的Parameters设置电导率和相对介电常数,或者直接选择材料,也可根据个人需要在Advanced设置表面厚度。这种建模方法相比给二维走线添加厚度构成立方体的方法,可以更加节省时间,且仿真结果差异不大。