自從詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (James Clerk Maxwell) 在“電磁場的動力學理論”中向世界介紹麥克斯韋方程以來的 155 年里，出現了一些驚人的突破和洞察力。作為一名年輕的電氣工程專業學生，我們向我們介紹了描述電磁波的方程組，但通常很難想象和理解波的傳播以及它與高速電子設計的關系。正是在這一領域，Ansys HFSS 作為該行業的先驅脫穎而出。

自 HFSS 于 1990 年推出以來，它提供了一種獨特的電磁問題洞察力。在實驗室診斷設計問題需要測量組件和測試板上的時域波形或 S 參數。通常，對這些波形的觀察違背了對電磁現象的基本理解。從頻域 S 參數中的 TDR（時域反射計）“毛刺”或神秘的“吸出”來看，調試這些設計可能極具挑戰性。在像 HFSS 這樣的全波電磁求解器中對這些結構的所有 3D 復雜性進行建模可以非常快速地發現這些問題的根源。用真實世界的信號激發問題、觀察場在模型中傳播以及快速發現隱藏的不連續性或耦合機制的能力是非常寶貴的。

在電磁仿真的能力方面，HFSS 一直處于行業領先地位。工程師一直希望模擬更大、更復雜的設計。從 HFSS 早期的同軸轉波導適配器解決方案開始，設計人員一直在呼吁能夠包含更大的 3D 模型、更詳細的機械和電氣 CAD 以及更復雜的材料屬性。引入 HFSS 時，當時復雜的同軸電纜至波導適配器需要大約 10,000 個矩陣元素和 10 個小時才能解決單個頻率點。今天，同一個模型在筆記本電腦上在 30 秒內解決了整個頻段的問題。最初的全波 FEM 解決方案已經從解決簡單的波導組件發展到整個微波系統、復雜的天線陣列和整個印刷電路板。

有許多算法創新導致用戶可以在當今的 HFSS 中解決前所未有的規模問題。我們已經解決了諸如多處理矩陣解決方案之類的問題，以將這些解決方案分布在數十個計算節點和數百個內核中。HFSS 推出了第一個用于全波電磁學的商用域分解方法求解器，從而能夠對大問題的各個部分進行網格剖分和求解，然后將它們組合在一起以獲得完整的模型場解決方案。無論是創建、開發和商業化新的計算電磁算法，還是更有效地存儲信息，這些改進多年來都以指數方式提高了 HFSS 的速度和容量。

有些人會聲稱容量的增加主要是由于 HFSS 三十年歷史中的硬件創新。這些硬件改進由 Gordon Moore 于 1964 年描述，通俗地稱為摩爾定律，放大了這些算法的發展。自從首次引入 HFSS 以來，浮點運算的速度提高了近 500 倍。將 CPU 的原始時鐘速度改進與緩存和主存儲器的大小和速度增加相結合，可以在更短的時間內執行更大的模擬。

說工程師幾乎沒有耐心等待模擬并不過分。根據我的經驗，最快樂的工程師應該是能夠在舒適的客廳里用平板電腦在幾秒鐘內解決整個復雜電磁系統的工程師。對于一些人來說，在家工作的現實最近已經實現，但我們仍然沒有達到能夠在幾秒鐘內解決這些系統的地步。但是，使用 Ansys Cloud 和 HFSS，您可以通過手機或平板電腦舒適地訪問和監控這些仿真。

審核編輯：郭婷