導讀

高頻電磁仿真軟件是解決復雜電磁問題的關鍵工具，廣泛應用于工程和科研領域。無論是分析設計天線、連接器、射頻模塊、射頻PCB等各種高頻電子設備和系統(tǒng)，還是研究新材料電磁特性、分析微波器件工作機制，都離不開高頻電磁仿真軟件的身影。十灃科技于2023年推出了高頻電磁仿真軟件TF-eMag，主要用于解決電磁散射、電磁屏蔽、電磁輻射等復雜電磁問題。TF-eMag猶如一顆璀璨的新星，為我國高頻電磁仿真軟件行業(yè)的自主可控和快速發(fā)展注入了新的活力。

高頻電磁仿真軟件 速度與精度的革命

全球高頻電磁仿真軟件市場呈現(xiàn)為多元化、競爭激烈的發(fā)展態(tài)勢。

領先的高頻電磁仿真軟件廠商持續(xù)推出創(chuàng)新的技術和產(chǎn)品，為高頻電磁仿真的進步樹立了榜樣。速度與精度的雙提升是高頻電磁仿真軟件發(fā)展的明顯趨勢，而對高精度建模和網(wǎng)格生成、高效算法和并行計算、多物理場耦合仿真、可視化技術和交互界面等關鍵領域的研究動態(tài)和突破方向則是推動這一趨勢的重要力量。這些領域的突破將有助于高頻電磁仿真軟件在未來的發(fā)展中取得更大的進步。

1、高精度建模和網(wǎng)格生成：高頻電磁仿真需要對物體進行高精度的建模和網(wǎng)格生成，以便更好地模擬電磁場的分布和變化。

2、高效算法和并行計算：隨著計算機技術的不斷發(fā)展，高頻電磁仿真軟件需要進一步提高計算效率和精度。

3、多物理場耦合仿真：高頻電磁仿真通常涉及多個物理場的耦合，例如電場、磁場、熱場等。

4、可視化技術和交互界面：高頻電磁仿真軟件需要提供可視化技術和交互界面，以便用戶更好地理解和操作仿真過程。

當前，國內(nèi)外學者正致力于研究更精確的建模與網(wǎng)格生成方法，探索更強大的算法與并行計算技術，尋求更高效的多物理場耦合仿真的方法和技術，開發(fā)更直觀的可視化技術和交互界面，以提升高頻電磁仿真的速度與精度，從而為用戶帶來卓越的使用體驗和效率。

憑借敏銳的洞察力，十灃科技預見到未來的高頻電磁仿真軟件將朝著更高精度、更高效計算和更復雜仿真的方向發(fā)展，推出的TF-eMag軟件在多個關鍵領域進行了創(chuàng)新和優(yōu)化。例如，針對高精度建模和網(wǎng)格生成，TF-eMag采用了自適應加密網(wǎng)格算法，根據(jù)仿真需求自動生成精細的網(wǎng)格，從而實現(xiàn)對復雜電磁場結(jié)構(gòu)的精確模擬；針對高效算法和并行計算，TF-eMag支持多環(huán)境混合并行計算，實現(xiàn)計算資源的充分利用，從而加快計算速度，提高計算效率。

TF-eMag 掀開國產(chǎn)高頻電磁仿真新篇章

在國家政策的扶持和國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的共同推動下，我國高頻電磁仿真軟件行業(yè)煥發(fā)出勃勃生機。隨著國內(nèi)廠商自主研發(fā)力度不斷加強，他們正迅速追趕國外產(chǎn)品，致力于早日實現(xiàn)高頻電磁仿真軟件的自主可控。在這個進程中，十灃科技的TF-eMag憑借其高效算法和廣泛的應用場景覆蓋，掀開了國產(chǎn)高頻電磁仿真新篇章，為我國高頻電磁仿真軟件發(fā)展提供了強有力的支撐。

作為一款涵蓋有限元、矩量法、混合光學算法等多種算法的通用電磁仿真軟件，TF-eMag能夠精確模擬復雜材料和精細結(jié)構(gòu)的電磁特性、電大尺寸天線的輻射性能以及目標的散射特性等。同時，TF-eMag具備完整的前處理、核心求解和后處理可視化功能，能夠廣泛應用于射頻傳輸、天線設計、雷達散射分析、本征模態(tài)解析以及電磁熱計算等多種應用場景，為客戶提供全面精確的仿真模擬解決方案。讓我們一起了解這款軟件的特點。

優(yōu)秀的前處理

TF-eMag軟件具備簡潔直觀的操作流程，用戶可輕松實現(xiàn)幾何創(chuàng)建、模型導入、網(wǎng)格剖分、網(wǎng)格導入、求解設置等工作流程。TF-eMag還具有基本的邊界條件，豐富的端口激勵類型，可滿足用戶的常用需求。

值得一提的是，TF-eMag支持采用自適應網(wǎng)格加密算法，加密效果明顯。以無線通信系統(tǒng)中的超寬帶帶通濾波器分析為例，采用TF-eMag自適應加密網(wǎng)格算法的對部分網(wǎng)格進行了加密，得到的仿真結(jié)果與實驗值吻合較好。

強大的求解器

TF-eMag軟件發(fā)展了有限元和混合光學兩種求解器，支持在不同場景下充分發(fā)揮各自算法優(yōu)勢。面向工程應用，TF-eMag推出了快速特征值求解器、模態(tài)掃頻、區(qū)域分解、并行計算、射線追蹤等一系列高效算法，使用戶能夠快速、準確、高效地進行仿真和分析。

例如，TF-eMag采用基于模態(tài)法和殘差向量法的快速掃頻算法，在保證精度的同時，采用同樣數(shù)目CPU核心，僅需要傳統(tǒng)直接法1/2到1/5的時間即可完成寬頻帶的掃描求解。

TF-eMag利用區(qū)域分解和分布式與共享內(nèi)存混合的并行計算方法，實現(xiàn)超大規(guī)模矩陣的計算，極大的擴展了有限元分析的求解能力。

在下圖所示的4x4陣列天線的測試中，我們TF-eMag實現(xiàn)了在640核CPU集群上的并行計算。

TF-eMag基于高效的混合光學算法，采用KD-tree射線追蹤技術，大大縮短了射線追蹤的搜索時間。在下圖中航空模型RCS計算算例，使用TF-eMag軟件得到了優(yōu)于第三方參考值的計算性能，仿真結(jié)果基本一致。

高效的后處理

TF-eMag軟件具有強大的后處理響應量計算和可視化功能，支持輸出常用的集總參數(shù)、天線增益、場圖、電磁熱等數(shù)據(jù)，可進行2維曲線圖、3維云圖、遠場方向圖、剖面圖等圖形圖像繪制與仿真報告輸出。

TF-eMag應用案例分享

實踐中的真知

作為一款覆蓋高頻電磁場景的通用仿真軟件，TF-eMag能夠快速模擬電磁散射、電磁屏蔽、電磁輻射等應用領域，高效分析設計天線、連接器、射頻模塊、射頻PCB等各種高頻電子設備和系統(tǒng)，以及研究新材料電磁特性、分析微波器件工作機制等。

目前，TF-eMag可廣泛應用于電子通訊、信息通訊、特種裝備、民用設備、航空航天等行業(yè)，幫助企業(yè)提升產(chǎn)品設計質(zhì)量，縮短研發(fā)周期，降低成本，增強市場競爭力。

案例一：高頻帶通濾波器仿真分析

背景：高頻帶通濾波器是一種電子濾波器，可以通過濾除低頻和高頻信號來保留特定的頻率范圍內(nèi)的信號。它允許高頻信號通過，同時濾除低頻和高頻之外的信號。具有改善信號質(zhì)量、實時性能、靈活性、低成本和可靠性等優(yōu)點，在音頻處理、通信系統(tǒng)和圖像處理等電子領域有廣泛應用。

仿真過程：使用TF-eMag軟件進行高頻帶通濾波器仿真分析，仿真工況和參數(shù)設置——仿真頻率0.6GHz~2.4GHz， 取樣點數(shù)451；材料——同軸介質(zhì)材料為空氣，濾波器腔體材料為空氣，其它金屬材料為PEC；邊界條件——濾波器腔體外為Perfect E；輸入輸出設置為端口1輸入和端口2輸出。

結(jié)果：通過運用TF-eMag軟件，能夠預測和優(yōu)化濾波器的性能，幫助設計師驗證設計正確性，減少后期的測試和調(diào)試工作。

案例二：基站天線仿真分析

背景：帶反射板的基站天線在無線通信系統(tǒng)中有廣泛的應用。與普通的天線相比，帶反射板的基站天線是一種具有特殊技術點和工藝要求的天線結(jié)構(gòu)，需要通過精細的設計、優(yōu)化和調(diào)試等技術手段來實現(xiàn)其高效、穩(wěn)定和可靠的無線通信服務。

仿真過程：基于TF-eMag軟件，采用手動加密+自適應網(wǎng)格剖分，并完成仿真工況和參數(shù)設置——仿真頻率1.9GHz。天線介質(zhì)teflon，相對介電常數(shù)2.08，損耗角正切0.001。天線及反射板為Perfect E邊界，5天線的激勵功率均為1W，初始相位分別為0、-30°/-60°、-90°、-120°。

結(jié)果：反射板基站天線，在天線處能量變化劇烈，需要精細的網(wǎng)格剖分才能求解準確。借助-eMag軟件，可以以極高的計算效率完成天線的S參數(shù)、遠場圖等的仿真，幫助工程師快速預測和優(yōu)化天線的性能指標，支持方案決策以及輔助故障診斷。

案例三：機箱屏蔽仿真分析

背景：機箱內(nèi)部包括主板、CPU、顯卡、硬盤等硬件會發(fā)出電磁波。這些電磁波會穿過機箱殼體，對人體產(chǎn)生一定的輻射影響。屏蔽材料可以減少電磁波的穿透能力，減少電磁輻射的范圍，從而減少電磁波對周圍環(huán)境和人體的影響。同時，采用屏蔽措施還能有效減少電子設備之間的相互干擾，提高計算機的穩(wěn)定性和工作效率。

仿真過程：采用TF-eMag軟件進行機箱屏蔽仿真分析，通過S參數(shù)值來表征機箱屏蔽效果。機箱屏蔽的仿真工況和參數(shù)設置——仿真頻率為5GHz~15GHz，取樣間隔0.01GHz；材料方面，偶極子天線、機箱壁和通風孔的材料為PEC，其它部分材料為空氣；邊界條件方面，機箱外壁外為Perfect E；發(fā)射端口為機箱外偶極子端口；接收端口為機箱內(nèi)偶極子端口。

結(jié)果：通過應用TF-eMag軟件對機箱的屏蔽效能進行評估，可以降低產(chǎn)品測試成本，縮短開發(fā)周期，輔助優(yōu)化產(chǎn)品設計，提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

總體來看，TF-eMag軟件在解決復雜電磁場景的工程實際問題中表現(xiàn)出色。在易用性方面，TF-eMag軟件在設計上充分考慮了用戶的使用體驗，提供了友好的圖形用戶界面和簡潔明了的操作流程，用戶通過直觀的界面設置和操作步驟即可完成仿真任務；在可靠性和穩(wěn)定性方面，TF-eMag軟件經(jīng)過了嚴格的質(zhì)量控制和測試，確保用戶可以信賴并依賴它來完成重要的仿真任務；在先進技術方面，TF-eMag軟件集合了有限元和混合光學兩種求解器算法的優(yōu)點，可以在不同場景下充分發(fā)揮各自算法的優(yōu)勢，提高仿真的準確性和效率。未來，TF-eMag軟件還將不斷進行技術創(chuàng)新和升級，以適應不斷變化的市場需求和技術發(fā)展趨勢。






審核編輯：劉清