Công nghệ nền tảng đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của Ansys HFSS là quy trình chia lưới thích ứng tự động. Quá trình này bắt đầu với Ansys HFSS tạo ra một lưới phù hợp, không đồng nhất để mô tả hình học được mô hình hóa. Lưới này được giải cho điện trường và Ansys HFSS xác định nơi các trường được giải có lỗi do lưới không nắm bắt được gradient trường một cách chính xác. Lưới được tự động tinh chỉnh ở những vị trí đó và lưới mới được giải quyết. Quá trình thích ứng này tiếp tục cho đến khi một số lượng đầu ra cụ thể, thường dựa trên các tham số S, thay đổi ít hơn tiêu chí hội tụ do người dùng chỉ định giữa hai lần truyền thích ứng liên tiếp.
Cho đến nay, quá trình chia lưới thích ứng tự động này đã diễn ra ở một tần số duy nhất, hoạt động tốt cho hầu hết các mô phỏng. Trong HFSS, quá trình tinh chỉnh lưới thích ứng được tăng cường bằng cách điều chỉnh lưới ở nhiều tần số đồng thời. Ở đây, lưới được giải quyết ở nhiều tần số và các lỗi được tìm thấy trong lưới, ở tất cả các tần số đã giải, được sử dụng để tinh chỉnh lưới. Ưu điểm của công nghệ chia lưới cải tiến này là dễ sử dụng và tăng độ chính xác trong các giải pháp trên dải tần số băng thông rộng.
Chia lưới thích ứng tự động ở một tần số duy nhất
Quy trình chia lưới thích ứng tự động ở một tần số duy nhất là công nghệ nền tảng cho phép Ansys HFSS tính toán chính xác và hiệu quả điện trường trong một mô hình. Quá trình bắt đầu với Ansys HFSS dịch hình học được mô hình hóa thành một lưới tứ diện phù hợp, không đồng nhất. Lưới này thô ở những khu vực mà hình học bao gồm các vật thể lớn và dày đặc ở những khu vực mà hình học có các tính năng tốt. Lưới ban đầu này được tinh chỉnh để giới hạn kích thước tối đa của các phần tử lưới và tuân thủ mọi hoạt động lưới do người dùng chỉ định. Truyền thích ứng đầu tiên được hoàn thành bằng cách giải thuật lưới này ở tần số giải pháp duy nhất để xác định điện trường và thông số S của mô hình.
Ở một số vùng nhất định của mô hình, lưới quá thô để nắm bắt chính xác các gradient điện trường và Ansys HFSS xác định các vị trí đó một cách tự động và tinh chỉnh cục bộ lưới hoặc thứ tự lưới ở các vị trí có lỗi lớn nhất. Lưới mới hiện được giải quyết trong lần truyền thích ứng thứ hai cho điện trường và thông số S.
Quá trình thích ứng tự động này tiếp tục cho đến khi lưới hội tụ. Lưới được hội tụ khi một lượng đầu ra quan tâm, thường dựa trên các tham số S, thay đổi giữa hai lần truyền thích ứng liên tiếp ít hơn tiêu chí hội tụ do người dùng chỉ định. Sau khi hoàn thành quá trình thích ứng lưới, Ansys HFSS sẽ giải quyết lưới ở nhiều tần số để xác định hành vi tần số do người dùng yêu cầu của mô hình. Hình 1 phác thảo quy trình của lưới tự động thích ứng ở một tần số duy nhất.
Trong hầu hết các trường hợp, việc sử dụng tần số giải pháp duy nhất là đủ để tạo ra kết quả chính xác. Đối với cấu trúc cộng hưởng, tần số quét quan tâm thường được định nghĩa là một dải tập trung ở tần số cộng hưởng; Đây là tần số mà tại đó mô hình sẽ được chia lưới một cách thích hợp nhất. Đối với mô hình băng thông rộng trong ứng dụng kỹ thuật số như đầu nối tốc độ cao, nên mô hình hóa ở khoảng 1/3 tần số tối đa, vì năng lượng phổ cho tín hiệu kỹ thuật số chiếm ưu thế trong phần này của phổ tần số.
Chia lưới thích ứng tự động ở nhiều tần số
Đối với các thiết bị đa băng tần, đa cộng hưởng, rất hữu ích khi thực hiện chia lưới thích ứng ở nhiều tần số. Trước đây, chia lưới thích ứng đa tần số này có thể được thực hiện với một loạt các thiết lập lưới phụ thuộc ở nhiều tần số. Với suy nghĩ này, quá trình chia lưới thích ứng đã được tăng cường trong HFSS để sử dụng thông tin ở nhiều tần số để điều chỉnh hiệu quả lưới cho một giải pháp chính xác và đáng tin cậy hơn trên dải tần số rộng. Kỹ thuật này cũng có thể được tận dụng cho một thiết bị kỹ thuật số băng thông rộng khi không chắc chắn về tần số nào để thực hiện quy trình chia lưới thích ứng.
Quá trình chia lưới thích ứng đa tần số tương tự như quy trình chia lưới thích ứng tần số đơn; Sự khác biệt là lưới đơn mô tả hình học của mô hình được giải song song ở nhiều tần số. Đối với mỗi tần số, các giải pháp được phân tích và Ansys HFSS tự động xác định vị trí tinh chỉnh lưới bằng cách sử dụng thông tin từ nhiều tần số để tự động giảm lỗi cho giải pháp. Lưới sau đó được tinh chế cục bộ, cả về kích thước và thứ tự chức năng cơ sở, ở những vị trí có sai số tương đối lớn. Sự tinh tế này mang lại một lưới chính xác và đáng tin cậy hơn ở tần số được sử dụng trong quá trình thích ứng.
Quá trình thích ứng tự động được tiếp tục cho đến khi lưới được hội tụ. Điều này xảy ra khi lượng quan tâm đầu ra ở nhiều tần số thay đổi giữa hai lần thích ứng liên tiếp đi qua ít hơn tiêu chí hội tụ do người dùng chỉ định.
Khi lưới cuối cùng được tạo ra, Ansys HFSS cũng tạo ra một giải pháp trên dải tần số quan tâm như được xác định trong quét tần số. Quá trình chia lưới thích ứng tự động này ở nhiều tần số được nêu trong Hình 2.
Hai cài đặt có sẵn cho quy trình chia lưới thích ứng tự động. Thiết lập giải pháp đa tần số cho phép người dùng chỉ định rõ ràng ở tần số nào lưới cần được tinh chỉnh. Thiết lập giải pháp này hoạt động tốt cho các thiết bị cộng hưởng đa băng tần nơi tần số cộng hưởng được biết trước khi phân tích mô phỏng.
Thiết lập giải pháp băng thông rộng cho phép người dùng xác định dải tần số quan tâm. Ansys HFSS sẽ quyết định thông minh tần số nào sẽ sử dụng trong quy trình chia lưới thích ứng tự động. Thiết lập giải pháp này là một phương pháp thuận tiện để tự động thu được lưới thích hợp cho mô phỏng tần số băng thông rộng mà không yêu cầu đầu vào rõ ràng của người dùng.
Thiết lập tần số giải pháp thích ứng
Ba loại thiết lập tần số giải pháp được sử dụng trong quy trình chia lưới thích ứng tự động được chọn trong Thiết lập giải pháp: tần số đơn, đa tần số và băng thông rộng.
Tần số đơn:
Trong Thiết lập giải pháp, tần số giải pháp duy nhất có thể được chỉ định như thể hiện trong Hình 3.
Dựa trên tần số giải pháp này và các tiêu chí hội tụ được chỉ định, Ansys HFSS tự động tạo ra một lưới phù hợp cho thiết kế.
Khi sử dụng điện toán hiệu năng cao (HPC) để thiết lập mô phỏng bằng quy trình chia lưới thích ứng tần số đơn, tất cả các tài nguyên tính toán có sẵn sẽ được dành riêng để giải quyết lưới trong mỗi lần truyền thích ứng.
Đa tần số:
Đối với các thiết bị đa băng tần, chẳng hạn như ăng-ten vá băng tần kép [1] thể hiện trong Hình 4 (a), sử dụng thiết lập giải pháp đa tần số được hiển thị trong Hình 4 (b) sẽ đảm bảo rằng các cộng hưởng được ghi lại chính xác trong quá trình chia lưới thích ứng tự động.
Thiết lập giải pháp đa tần số này cho phép bạn chỉ định tần số chia lưới thích ứng cùng với tiêu chí hội tụ cho từng tần số. Trong mỗi lần truyền thích ứng, lưới được giải quyết song song ở từng tần số nếu HPC được bật và có đủ tài nguyên tính toán. Nếu không có HPC hoặc nếu lưới quá lớn để có thể giải quyết song song ở nhiều tần số trên các tài nguyên tính toán nhất định, lưới sẽ được giải quyết tuần tự cho từng tần số được chỉ định trong thiết lập giải pháp.
Hình 5 (a) cho thấy so sánh việc giải quyết ăng ten vá băng tần kép được hiển thị trong Hình 4 (a) bằng cách sử dụng thiết lập đa tần số từ Hình 4 (b) và thiết lập giải pháp tần số đơn được đặt thành tần số cao nhất trong băng tần quan tâm, 3,5 GHz.
So sánh này với dữ liệu đo được cho thấy việc chụp chính xác cả hai tần số cộng hưởng là đơn giản với thiết lập giải pháp đa tần số mới. Ngoài ra, so sánh này cho thấy rõ rằng việc đặt tần số giải pháp duy nhất thành tần số cao nhất trong băng tần quan tâm không phải lúc nào cũng là thiết lập giải pháp chính xác.
Sử dụng thiết lập tần số giải pháp băng thông rộng được hiển thị trong Hình 6 (a) là một cách tuyệt vời để tăng độ chính xác của các giải pháp cho các thiết bị băng thông rộng. Tính năng này đặc biệt hữu ích khi không chắc chắn về việc chọn tần số tốt nhất để điều chỉnh lưới. Hình 6 (b) cho thấy một phần của gói BGA trong Ansys HFSS 3D Layout. Hai cặp vi sai, được tô sáng màu đỏ, được trích xuất trên dải tần số 0 – 30 GHz.
Lưu ý rằng trong trường hợp quét tần số đã được xác định trước khi chỉ định thiết lập giải pháp băng thông rộng, tần số thấp và cao trong thiết lập giải pháp này sẽ được tự động điền từ các giới hạn trong quét tần số.
Sử dụng thiết lập giải pháp băng thông rộng, Ansys HFSS sẽ tự động chọn tần số nào cần đưa vào quy trình chia lưới thích ứng băng thông rộng. Thiết lập giải pháp băng thông rộng sẽ giải quyết ba tần số tuần tự trong mỗi lần truyền thích ứng. Các tần số bổ sung có thể được bao gồm trong quy trình chia lưới thích ứng tự động khi sử dụng HPC. Với đủ tài nguyên tính toán, mỗi lưới thích ứng sẽ giải quyết song song lưới ở các tần số được chọn tự động.
Hình 7 cho thấy so sánh suy hao chèn của hai cặp vi sai trên gói BGA bằng cách sử dụng thiết lập giải pháp tần số đơn ở tốc độ 15 GHz và thiết lập giải pháp băng thông rộng được chỉ ra trong Hình 6 (a). Việc thiết lập băng thông rộng đã được giải quyết trên một máy tính 16 lõi. Cấu hình này cho phép giải quyết song song 8 tần số, mỗi tần số sử dụng 2 lõi. So sánh cho thấy quá trình chia lưới thích ứng băng thông rộng nắm bắt chi tiết hơn trong hành vi tần số cao của các cặp vi sai này.
Tổng kết
Quy trình chia lưới thích ứng tự động đa tần số và băng thông rộng được giới thiệu trong HFSS mở rộng khả năng của quy trình chia lưới thích ứng tự động tần số đơn đã được thử nghiệm theo thời gian. Thay vì tinh chỉnh lưới chỉ ở một tần số duy nhất, nhiều tần số hiện có thể được tính đến trong quá trình thích ứng, tạo điều kiện cho độ chính xác cao hơn trong kết quả bao gồm các dải tần số rộng. Thiết lập giải pháp đa tần số cho phép định nghĩa rõ ràng về tần số được sử dụng trong quá trình chia lưới thích ứng tự động. Do đó, cách tiếp cận này phù hợp với các thiết bị đa băng tần mà tần số cộng hưởng được biết trước khi chạy mô phỏng.
Việc thiết lập giải pháp băng thông rộng chỉ yêu cầu dải tần số quan tâm; HFSS sẽ tự động chọn tần số nào sẽ đưa vào quy trình chia lưới thích ứng tự động. Cách tiếp cận này là một phương pháp hiệu quả và thuận tiện để tự động thu được một lưới thích hợp cho mô phỏng tần số băng thông rộng.
Tham chiếu
[1] Salonen, J. Kim, and Y. Rahmat-Samii, “Dual-band E-shaped patch wearable textile antenna,” in IEEE Antennas Propag. Int. Symp. Dig., 2005, pp. 466–469.
Công ty chúng tôi luôn luôn mong muốn được trở thành đối tác tin cậy và là nhà cung cấp thiết bị, giải pháp hàng đầu cho sự thành thành công của Quý Khách hàng. Mọi thông tin chi tiết Quý Khách vui lòng liên hệ:
Công ty Cổ phần Công nghệ MITAS Hà Nội
Địa chỉ: Tầng 5, tòa nhà C’Land, Số 81 Lê Đức Thọ, Nam Từ Liêm, Hà Nội
Web: https://mitas.vn | ĐT: (+84) 243 8585 111 | Email: sales@mitas.vn
Sự ủng hộ tin yêu của Quý Khách hàng là động lực và tài sản vô giá đối với tập thể công ty chúng tôi. Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn./.
