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HFSS和CST究竟该怎么选?

一 、连接器概述

连接器是我们电子工程技术人员经常接触的一种部件。它的作用非常单纯:在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间,架起沟通的桥梁,从而使电流流通,使电路实现预定的功能。

连接器是电子设备中不可缺少的部件,顺着电流流通的通路观察,你总会发现有一个或多个连接器。连接器形式和结构是千变万化的,随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同,有各种不同形式的连接器。

市场需求瞬息万变,使得连接器的设计趋于多样化,新产品研发周期缩短,从而增加了产品设计研发的难度。在长期摸索实践,总结出指向解决这一难题唯一的解决办法—数值模拟仿真。

随着国家对数字化进程的推进,研发是一个国家高科技产品发展的基础和核心。数字化研发自然也被制定在数字化进程之内,5G建设等新型产业也不但发展,万物互联技术得到不但推广,在推广过程中,各式各样的连接器层出不穷。

为了节约成本,企业更愿意在前期研发阶段,模型阶段就能解决连接器的所有潜在问题。一般连接器都是非规则模型。如果单靠经验的简单计算,是无法计算准确的,因为其根本不存在解析解。因此像ANSYS等知名数值仿真公司推出了连接器仿真等前期预测技术,让客户在模型阶段即可解决多数问题,在测试阶段尽量减少更多修改循环,从而能使研发成本得到很大压缩。常用连接器模型如下图:

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图1 连接器类型

二、不同连接器仿真常用参数

连接器仿真主要分为电磁仿真和结构仿真。其中电磁仿真主要电磁模拟仿真电磁信号通过连接器后的性能情况。

对于单针或同轴连接器主要关注连机器的阻抗随频率的变化。对于多针连机器,主要关注连接器单针的阻抗特性,插入损耗,及针与针之间的能力耦合,隔离度。有的企业也会关注实际信号进入其中某一引脚后的引脚与引脚在之间的实际电磁耦合,这所有的需求都需要相对专业的仿真技术来解决。

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图2连接器

三、企业仿真连接器现状

就当前电磁仿真技术来讲,目前市面上真正懂电磁的电磁仿真工程师相对较少。而由于电磁这种物质本身较为抽象,从软件操作到懂电磁的过程,还需要深入理论基础的理解及工程实践经历的支撑,培养周期较长。

目前专业只针对特定的连接器电磁仿真培训及课程极为罕见。因为从研发角度讲,其是一种用于研发领域的核心技术,对人员要求有一定门槛,即使某些企业存在懂的工程师也少把多年研究的成功拿出来作为培训材料。

对此仿真秀致力于开发符合需求的培训课程成为了一种可能,目前已经开发多套课程,并定期可客户做线上交流及案例分享。

四、如何学好连接器仿真技术基础

对于对连接器仿真技术感兴趣的朋友要真正了解电磁仿真技术需要具备三方面的素质:

需要对电磁仿真技术基础有深入理解

需要对仿真软件怎么使用有丰富经验

最好有通过电磁仿真研发产品的经历,能够不但反思理论和工程经验的关系,通过理论真正指导实践

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图3研发流程

五、连接器仿真软件选择

在研发过程中,仿真软件如何选择,是我们每个工程师关注的问题,本着几条原则来做:

仿真准确性

工程应用性

仿真效率

目前在行业中做电磁仿真的软件主要有HFSS和CST。CST大多数经验是比较快速,而HFSS 相对比较慢,但HFSS换来更精确。从算法比较CST主打算法为FDTD,HFSS为FEM,两种算法对比如下:

1) FEM没有YEE元胞的限制,剖分单元可以是任意形状,一般采用四面体,曲边四面体等,可以根据实际研究的物理对象的实际形状实现最佳的拟合。比如其剖分有曲面三角形,实现对研究对象边缘的最佳拟合。而FDTD限制使用YEE元胞,对于球体来说,在边缘对球体的拟合度不高,导致FDTD误差更大。

(2) FEM不存在数值稳定性问题和色散问题,而FDTD时间步和空间步大小取值相互制约,尤其本身的数值差分算法特性导致数值色散问题,导致更大的误差。因此有限元对工程人员设置的方面要求低,而FDTD要求工程人员更加专业。门槛更高,才能得到准确的数值计算结果。

(3) FEM在任意介质的分界面处自动满足边界条件,其能很好的适应各种复杂结构。而FDTD对于小而复杂的结构会产生更大的误差。

(4) 对于电大尺寸FDTD计算更快,FEM速度稍慢,ANSYS已经产生对于这个问题的具体相应算法,能提供兼顾速度和精度的混合算法,比如SBR。

另外从EDA集成度来看CST和HFSS相当,多物理层耦合领域ANSYS更为专业。

审核编辑 :李倩

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