hfss仿真时间过长怎么解决_⼀⽂详解相控阵天线仿真技术天线是移动通信系统的重要组成部分，随着移动通信技术的发展，天线形态越来越多样化，并且技术也⽇趋复杂。进⼊5G时代，⼤规模MIMO、波束赋形等成为关键技术，促使天线向着有源化、复杂化的⽅向演进。天线设计⽅式也需要与时俱进，采⽤先进的仿真⼿段应对复杂设计需求，满⾜5G时代天线不断提⾼的性能要求。 5G与相控阵
5G时代应⽤将极⼤丰富，5G⽹络需要适应⼤带宽、⾼可靠低时延、⼤连接等场景，这就要求5G天线具备⽀持更多通道，灵活实时的波束
⼤规模MIMO有源天线。⼤规模MIMO相较于传统MIMO能够有效提升性能的核调节，并⽀持⾼频段通信的能⼒，其关键的演进⽅向即为⼤规模MIMO有源天线
⼼就是基于相控阵技术。
所谓相控阵，是指通过控制阵列天线中辐射单元馈电相位来改变⽅向图波束指向的⼀类阵列天线。 相控阵的主要⽬的是实现阵列波束的空间扫描，即所谓电扫描。相控阵早期主要应⽤于军事⽅⾯——相控阵雷达。由于相控阵雷达扫描速度快，多任务能⼒强，现已⼴泛应⽤到军事雷达领域中，并成为军事实⼒的标志之⼀。另外，相控阵技术同时也在⽓象预测等民⽤领域有着⼴泛的应⽤。
战略预警雷达
⽓象雷达（图⽚源⾃⽹络）
相控阵技术是5G时代提升系统容量和频谱利⽤率、降低⼲扰、增强覆盖回顾移动通信的发展史，从天线的演进趋势也可以看出，相控阵技术是5G时代提升系统容量和频谱利⽤率、降低⼲扰、增强覆盖的必然选择：
实现智能化、⼩型化（共设计）、定制化。未来的⽹络会变得越来越细，需要⾸先，从⽆源天线到有源天线系统，这就意味着天线可能会实现智能化、⼩型化（共设计）、定制化。
根据周围的场景来进⾏定制化的设计，例如在城市区域内布站会更加精细，⽽不是简单的覆盖。5G通信将会应⽤⾼频段，障碍物会对通信产⽣很⼤的影响，定制化的天线可以提供更好的⽹络质量。
其次，天线设计的系统化和复杂化，例如波束阵列（实现空分复⽤）、多波束以及多/⾼频段。这些都对天线提出了很⾼的要求，会涉及到整个系统以及互相兼容的问题，在这种情况下天线技术已经超越了元器件的概念，逐渐进⼊了系统的设计。
图⽚源⾃⽹络
相控阵仿真设计
波束赋形⽹络两部分。
天线阵⾯和波束赋形⽹络
相控阵的设计可主要分为天线阵⾯
图⽚源⾃Sub-6 GHz mMIMO Base Stations Meet 5G’s Size and Weight Challenges, Walter Honcharenko
天线阵⾯设计
天线阵⾯设计需要确定辐射单元的形式和⽅向图特性、阵列的排布及其馈电形式等，阵⾯设计直接决定了相控阵的辐射特性如天线的增益、波瓣宽度以及最⼤扫描范围等，是相控阵设计的重点之⼀。
辐射单元的设计与优化
由于相控阵天线具有波束扫描特性，其辐射单元的选择有⼀定的要求和限制。通常适合作为相控阵辐射元的天线类型有两类：⼝径天线，如开⼝波导、波导缝隙天线、微带贴⽚天线等；
单极⼦或者对称偶极⼦演变，如印刷对称振⼦、锥削缝隙天线等
5G时代为了获得更⾼信道容量，引⼊了⼤量新频谱资源，这对辐射单元的宽带特性有了更⾼的要求。除了Sub 6GHz频段增加了新的频段以外，还增加了⾼频毫⽶波频段，对辐射单元的形式和加⼯⼯艺⼜有更苛刻的要求。另外，在集成化的趋势下，⼩型化和轻量化成为天线设计的基本要求。综上，辐射单元的形式多以微带贴⽚和半波偶极⼦为主，⼯艺主要以PCB和塑料振⼦的形式出现。
对于辐射单元的仿真设计⽽⾔，精确求解⼯作频带内的性能尤为关键。⽽5G天线辐射单元的复杂材料和⼏何特性以及超宽带和多频段的特点给辐射单元的仿真设计带来了极⼤的挑战。
Ansys HFSS中独有的⾃动⾃适应⽹格技术(Adaptive Meshing)，结合宽带⽹格技术（BAM）可以⾼效精确的得到全频段内的⽹格，从⽽获得全频段内的精确响应。
仿真设计过程中快速到辐射单元的最优设计⾄关重要。
Ansys HFSS可以基于参数化的模型进⾏伴随求导(Derivatives)快速调谐与敏感度分析，通过伴随求导可以
Ansys HFSS可以基于参数化的模型进⾏伴随求导(Derivatives)快速调谐与敏感度分析，
快速的到正确的变量值，更好理解变量如何影响性能，缩短研发时间；
明确影响最⼤的参数类别，聚焦于⾼敏感度的设计参数，让设计变得健壮。
在伴随求导(Derivatives)分析后，基于调谐结果，可以筛选出关键的变量，在HFSS中进⾏辐射单元的⾃动优化，从⽽获得最优的S参数、天线⽅向图以及电磁场分布等结果指标。
⼤参数空间和多参数空间状态下的快速优化对设计⼈员来说，⼀直是很⼤的挑战。DoE（数值实验）分析⽅法是解决这类问题的先进技HFSS中的DoE⼯具DesignXplorer，可帮助加速阵列单元设计优化过程，在优化前先进⾏设计空间的充分探索与寻优，减少术，HFSS中的DoE⼯具DesignXplorer，可帮助加速阵列单元设计优化过程，在优化前先进⾏设计空间的充分探索与寻优，减少仿真次数，快速确定设计的可⾏性。
HFSS最新推出的快速模式对于产品设计周期的早期阶段可以在不明显降低求解精度的前提下提供有关设计趋势的快速仿真此外，HFSS最新推出的快速模式对于产品设计周期的早期阶段可以在不明显降低求解精度的前提下提供有关设计趋势的快速仿真结果。随着设计接近完成，再通过简单的滑块设置使⽤HFSS准精度功能进⾏⾼精度的验证。
结果。
单元法阵列快速分析
相控阵单元选型和设计优化是相控阵设计的关键环节，该过程涉及到诸多⽅案和诸多参数的选择和优化，因此，快速分析和相关的优化分析就尤其重要。⽐如，相控阵单元间距是影响相控阵天线辐射特性的重要参数之⼀。
单元间距过⼩时，单元之间的互耦效应增强，不利于准确配置相控阵阵元的馈电幅度和相位，使⼀部分能量则会储存在阵⾯近场区⽽不能有效辐射；此外，单元的阵中⽅向图也将会发⽣畸变，在阵列天线⼤⾓度扫描时会出现扫描盲点。
单元间距过⼤时，有害的栅瓣会在相扫天线的物理可见空域内出现。由于栅瓣电平与主瓣电平相当，会⼤⼤消减相控阵天线在主辐射⽅向上的波束能量。
因此，阵列排布的设计和优化尤为关键。在进⾏阵⾯设计时，⼯程师需要⼀种能够快速迭代的仿真⽅法反复优化以获得合适的单元间距。
Ansys HFSS中的单元法可以帮助⼯程师在天线阵设计初期快速评估单元间距以及单元在阵列中的性能。
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单元法主要是基于HFSS的主从边界条件，通过⼀系列的设置可以将当前的辐射单元扩展为⼆维平⾯上的⽆限⼤阵列的⼀种⽅法。通过单元法可以评估辐射单元在⽆限⼤阵列环境下的S参数和辐射⽅向图等性能参数，包括在不同扫描⾓度和不同频率下的有源S参数特性和⽅向图特性，预估天线阵列在⼤扫描⾓状态下的扫描盲区问题。这种⽅法具有如下优点：
仅需对⼀个单元求解，消耗资源和时间少；
基于主从边界，评估天线单元特性时考虑单元间耦合；
结合Floquet端⼝，快速预估阵列扫描特性
但需要注意的是，单元法分析对阵列作了如下假设：
阵列⽆限⼤；
每个单元的⽅向图都完全相同；
阵列所有单元等幅激励，相位等差变化
所以单元法⽆法考虑阵列的边缘效应，也不能单独设置每个单元的激励，并且⽆法定义复杂形状的阵列。
全阵精确仿真
以上提到通过单元法可以基于⽆限⼤阵评估单元的辐射特性，但由于不考虑阵列边缘效应和不⽀持任意幅相馈电，所以是阵列设计初期的仿真评估⽅法。
要得到阵列天线的精确结果，就需要对阵列进⾏精确建模。
传统的⽅法是将整个天线阵列在HFSS中完整建模出来。这样做的好处是考虑了阵列天线的所有电磁耦合关系，包括辐射单元间的互耦，天线阵列的边缘效应以及⼀次求解后可任意定义幅相权值，仅需后处理就可以获得修改幅相权值后的辐射场特性。
但这种⽅法在求解5G⼤规模阵列的时候存在⼀些问题，⽐如：
⼿动建模耗时耗⼒，且⽤户界⾯会产⽣较⼤负荷
模型⽹格划分和求解时间冗长
求解可能会遇到计算资源问题，⽐如内存瓶颈
那么针对5G⼤规阵列有没有既能够保证求解精度，同时有兼顾求解效率的⽅法呢？
工艺拖鞋>游戏推广系统有限⼤阵 (FA) 技术，是HFSS独有的⼀种基于有限⼤阵⽅法 (Finite Array Domain Decomposition Method) 就是这个难题的答案！有限⼤阵 (FA) 技术，是HFSS独有的⼀种基于单元法模型和区域分解法的⾼效⼤规模阵列天线仿真⽅法。
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单元法模型和区域分解法的⾼效⼤规模阵列天线仿真⽅法。这种⽅法与全阵建模求解同样精确，并且建模求解都更加快速。
其具体思路如下：
1.有限⼤阵建模⾮常简单快速。基于单元法模型通过阵列蒙版设置即可扩展得到全阵模型。
2.有限⼤阵法对阵列的⽹格处理⾮常⾼效。基于阵列天线辐射单元相同的特性，通过⽹格链接将单元法迭代收敛后的单元⽹格直接复⽤到有限⼤阵的所有单元，极⼤的缩短了⼤规模阵列⽹格剖分的时间。
3.有限⼤阵的求解过程⾮常快速。利⽤有限⼤阵单元⽹格复⽤的特性，将阵列的每个单元都当做⼀个
⼦域，通过DDM域分解法并⾏计算，⾼效求解⼤规模阵列天线。
回生电阻
幻听的中药4.如果我们对于阵列只需要关注某⼀组幅相权值下辐射特性和有源S参数，还可以通过合成激励(Composite Excitation)的⽅式求解，在分钟级别的时间内就能完成仿真。
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