【提高HFSS仿真速度的几种方法】
【提高HFSS仿真速度的几种方法】
HFSS（High Frequency Structure Simulator）是Ansys公司开发的一款高频电磁场仿真软件，在电子工程、天线设计等领域有广泛应用。随着仿真模型的复杂度不断提高，如何提高仿真速度成为工程师们关注的重点。本文系统地介绍了11种优化HFSS仿真速度的方法，包括取消生成场分布结果、更换基函数和求解器、修改迭代次数和收敛标准等。每种方法都配有具体的操作步骤和相关截图，内容详实且具有很强的实用性。
提高HFSS仿真速度的几种方法
- 方法一：取消生成场分布结果
- 方法二：更换基函数和求解器
- 方法三：修改迭代次数和收敛标准
- 方法四：修改扫频方式
- 方法五：调整网格大小
- 方法六：增大内存分配
- 方法七：增加处理器数量
- 方法八：减小空气盒子尺寸
- 方法九：删除不用的仿真结果
- 方法十：避免圆形建模
- 方法十一：使用有限导体建模
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。