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，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的自主可控和快速發展注入了新的活力。

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為多元化、競爭激烈的發展態勢。

領先的高頻電磁仿真軟件廠商持續推出創新的技術和產品，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展的明顯趨勢，而對高精度建模和網格生成、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展中取得更大的進步。

1、高精度建模和網格生成：高頻電磁仿真需要對物體進行高精度的建模和網格生成，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，國內外學者正致力于研究更精確的建模與網格生成方法，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展，推出的TF-eMag軟件在多個關鍵領域進行了創新和優化。例如，針對高精度建模和網格生成，TF-eMag采用了自適應加密網格算法，根據仿真需求自動生成精細的網格，從而實現對復雜電磁場結構的精確模擬；針對高效算法和并行計算，TF-eMag支持多環境混合并行計算，實現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 掀開國產高頻電磁仿真新篇章

在國家政策的扶持和國內制造業轉型升級的共同推動下，我國高頻電磁仿真軟件行業煥發出勃勃生機。隨著國內廠商自主研發力度不斷加強，他們正迅速追趕國外產品，致力于早日實現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，掀開了國產高頻電磁仿真新篇章，為我國高頻電磁仿真軟件發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構的電磁特性、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，用戶可輕松實現幾何創建、模型導入、網格剖分、網格導入、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支持采用自適應網格加密算法，加密效果明顯。以無線通信系統中的超寬帶帶通濾波器分析為例，采用TF-eMag自適應加密網格算法的對部分網格進行了加密，得到的仿真結果與實驗值吻合較好。

強大的求解器

TF-eMag軟件發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揮各自算法優勢。面向工程應用，TF-eMag推出了快速特征值求解器、模態掃頻、區域分解、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，采用同樣數目CPU核心，僅需要傳統直接法1/2到1/5的時間即可完成寬頻帶的掃描求解。

TF-eMag利用區域分解和分布式與共享內存混合的并行計算方法，實現超大規模矩陣的計算，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軟件得到了優于第三方參考值的計算性能，仿真結果基本一致。

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、天線增益、場圖、電磁熱等數據，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，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，幫助企業提升產品設計質量，縮短研發周期，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。具有改善信號質量、實時性能、靈活性、低成本和可靠性等優點，在音頻處理、通信系統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，仿真工況和參數設置——仿真頻率0.6GHz~2.4GHz， 取樣點數451；材料——同軸介質材料為空氣，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。

結果：通過運用TF-eMag軟件，能夠預測和優化濾波器的性能，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構，需要通過精細的設計、優化和調試等技術手段來實現其高效、穩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+自適應網格剖分，并完成仿真工況和參數設置——仿真頻率1.9GHz。天線介質teflon，相對介電常數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°。

結果：反射板基站天線，在天線處能量變化劇烈，需要精細的網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、遠場圖等的仿真，幫助工程師快速預測和優化天線的性能指標，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：機箱內部包括主板、CPU、顯卡、硬盤等硬件會發出電磁波。這些電磁波會穿過機箱殼體，對人體產生一定的輻射影響。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參數值來表征機箱屏蔽效果。機箱屏蔽的仿真工況和參數設置——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；發射端口為機箱外偶極子端口；接收端口為機箱內偶極子端口。

結果：通過應用TF-eMag軟件對機箱的屏蔽效能進行評估，可以降低產品測試成本，縮短開發周期，輔助優化產品設計，提高產品性能和質量。

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；在可靠性和穩定性方面，TF-eMag軟件經過了嚴格的質量控制和測試，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點，可以在不同場景下充分發揮各自算法的優勢，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新和升級，以適應不斷變化的市場需求和技術發展趨勢。






審核編輯：劉清