QuickWave（Conformal FDTD）电磁设计与仿真功能介绍

QuickWave（Conformal FDTD）电磁设计与仿真功能介绍

积社科技作为QuickWave电磁设计与仿真软件在中国区独家的销售和技术合作伙伴，致力于为客户提供最专业的电磁仿真CAE产品和一流的技术服务。

QuickWave是一款基于共形时域有限差分法（Conformal FDTD）的通用电磁仿真平台。它提供了一系列独特的曲线边界、介质界面、模态激励和参数提取模型。该软件能解决复杂、挑战性的问题，并于1998年获得EIT（European Information Technology）奖项，因此在全球市场上占有重要的地位。QuickWave可以通过不同的预处理、协处理和后处理的形式从模拟中获取用户所关心的数据结果。

功能介绍

1、QuickWave 3D：完备的3D电磁求解器

 

QuickWave 3D （QW-3D）完备的3D电磁仿真可应用于各种电磁领域。软件的计算、处理提供了从微波元件（滤波器、耦合器、谐振器等）到天线、TDR应用、优化和参数扫描到微波加热过程的温度分布、静态或旋转或移动的物体加热及热传递（需基本加热模块）等功能。
QuickWave 3D可应用于各种微波和毫米波问题，包括：

  • 屏蔽和开放式微波和毫米波电路的精确S参数计算，也包括色散、多模传播和渐逝模式，特别包括微带、共面、同轴、圆柱波导和介质导电技术制造的电路
  • 计算各种类型天线（贴片、喇叭、棒）的辐射图、增益、辐射效率、辐射阻抗和回波损耗，严格考虑不规则的几何形状、复杂波纹和不均匀填充
  • 计算手机天线的输入阻抗和人体组织中的特定吸收率
  • 计算应用于微波功率的加热模式，准确快速地显示瞬态、时间最大和时间平均的场模式和耗散功率
  • 确定屏蔽和开放非均匀谐振器的本征频率、Q因子和纯模态场模式，也适用于涉及密集间隔模式的情况
  • 计算集总元件的嵌入阻抗
  • 用平面波激发计算散射模式

 

2、QuickWave V2D：轴对称结构的矢量2D（V2D）求解器（BOR ?- 旋转体）

QuickWave V2D是市场上独一无二的、超快速矢量2D（QW-V2D）电磁求解计算包，它适用于分析2100个波长的轴对称设备（也称为旋转体），包括天线（喇叭，棒， 双锥形）、圆形波导不连续结构和谐振器。它是基于以圆柱坐标麦克斯韦方程的重新表述，对2D长截面结构的计算比直接的3D结构计算速度快数百倍。

QuickWave V2D是用于设计望远镜以及通信的双反射器卡塞格伦天线的有效软件。
QuickWave V2D在矢量二维公式中使用以圆柱坐标表示的共形FDTD方法，可应用于各种微波和毫米波问题，包括：

  • 计算各种类型的轴对称天线（喇叭，杆，双锥）的辐射方向图，增益，辐射效率和回波损耗，严格考虑不规则几何形状，复杂的波纹和不均匀的填充
  • 计算位于圆柱坐标系轴线上的小偶极子或环形辐射器的辐射方向图和辐射电阻
  • 圆形波导不连续性的S参数精确计算，也适用于涉及强色散和多模传播的情况
  • 屏蔽和开放的非均匀轴对称谐振器的本征频率，Q因子和纯模态场模式的确定，也适用于涉及紧密间隔模式或回音壁模式的情况
  • 轴对称体中加热模式和特定吸收率的计算

3、协同处理和后处理

协同处理

QuickWave在协同处理方面非常灵活。用户可以打开任意数量的窗口以显示场分量、耗散功率、坡印亭矢量等（在各种图形显示系统中以及在任何模拟阶段）。在模拟之前不需要确定用于显示有价值可交付形式（如瞬态场分量）的窗口数量和类型。
在任何模拟阶段都可以获得协同处理数据（用于查看，存储等）。

显示

  • 用于观察场分布的各种显示类型（准三维、颜色表示的场强、矢量形式）
  • 线性和分贝尺度
  • 自动和手动尺度
  • 一维和二维显示
  • 每个单元层的二维显示
  • 天线辐射图3D显示
  • 使用QViewer模块对场分量分布、电流、材料参数等进行3D展示
  • 所显示分量的瞬时和包络值（即时间最大值和时间平均值）

数据

  • 在任何模拟阶段都可调用的场（E和H场分量）、坡印亭矢量和功率耗散分布（时域监测）
  • 用于周期结构的实部及虚部网格的场（E和H场分量）、坡印亭矢量和功率耗散分布
  • SAR计算
  • 微波加热问题的温度和焓分布
  • 有效的介质参数分配
  • 可沿着指定的空间、时间、预定义的轮廓显示场分量
  • 衰减和SWR的虚拟测量
  • 时域反射结果（使用反射系数和不连续位置的虚拟测量）
  • 功率耗散和电磁场能量，以及由此产生的Q因子计算（也适周期结构的实部及虚部网格）
  • 整个有损量或指定对象的功耗和能量计算
  • 有限持续时间脉冲的整个持续时间内能量耗散（功率耗散时间积分）

后处理

包括场的傅立叶变换计算（S参数、辐射模式或从脉冲激励中提取的特定频率的场分布）。此种情况，在模拟期间需要有关获取数据的先验知识（用户选择在运行模拟之前计算的数据）。所有后处理数据可以在任何模拟阶段查看、存储等。

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显示

  • 线性、分贝和二次（相对于S参数、辐射和散射模式）尺度
  • 自动和手动尺度
  • 史密斯圆图和极坐标图
  • 加载S参数、辐射和散射模式的参考结果

S参数

  • 宽带S参数提取（可在任何模拟阶段获得结果）
  • 完整的S参数矩阵计算（在顺序或多模拟器方案中激励连续端口）
  • 用于S参数计算的相互作用选项
  • 在单次模拟运行期间同时对多个端口进行反射系数计算（当N个源同时工作时适用于多源网络，因此无法计算S矩阵）
  • “参考平面”的虚拟移位（执行S参数提取的平面）
  • 频率相关波阻抗（S参数计算的参考阻抗）和传输线的传播系数
  • 功率平衡计算
  • 驻波比（SWR）和群延迟计算
  • S参数嵌入和解嵌

辐射和散射

  • 天线辐射方向图和散射结构的散射方向图，适用于广角范围、多频率、任何平面
  • 增益（定向、功率、绝对、相对、缩放到1米的场）、辐射效率、辐射电阻和辐射功率计算
  • 线性和圆极化的辐射图
  • 天线阵列的辐射方向图
  • 可选近远转换（惠更斯）表面的辐射方向图
  • 远场3D辐射模式计算
  • 任意各向同性介质中的辐射模式计算
  • 指定方向vs频率的辐射方向图
  • 远场的脉冲响应

集总

  • 在任何电路节点，通过电阻的端电压/电流的傅里叶变换
  • 沿定义的轮廓进行场积分的傅里叶变换
  • 源计算可获得的功率（激励波形的傅里叶变换）
  • 源计算可获得的能量

场

  • 在一个模拟（频域监测）中监测多个频率的场分布，并在空间和时间上具有稀疏因子
  • 用于频域监测的时域场分布（选定频率下）动画
  • 波印廷矢量时间积分

 

4、材料、激励和边界条件

材料

  • PEC和PMC
  • 各向同性和各向异性电介质
  • 薄金属层
  • 有损金属和趋肤效应的宽带建模
  • 有损电线
  • 多极（最多3极）频率相关材料（Drude、Debye、 Lorentz电磁分散）
  • 冷等离子体可以描述为具有Drude分散的介电分散材料
  • 各向异性色散电介质
  • Kerr-Raman模型三阶非线性极化可以设置Lorentz模型描述的色散材料
  • 负折射率材料（LH材料，超材料）
  • 磁化铁氧体
  • 温度相关材料（BHM）

激励

  • 动态/手动/分析（使用分析公式）模式生成
  • 端口阻抗计算
  • 任意传输线中的模态激励（也是有损介质中支持渐逝模式的多模态）
  • 理想的电压和电流源
  • 集总电阻源
  • 各种环境介质中的自由空间入射波（空气，介电，磁场，低损耗）：平面波激励、二维和三维高斯光束激励
  • 激励波形：预定义信号库（正弦，高斯脉冲等）、用户定义的信号激励

边界条件和初始条件

边界条件

  • 电边界
  • 磁边界
  • PML
  • MUR与超吸收
  • 周期性
  • 各向异性边界条件（线栅）

初始条件

  • 零场开始
  • 最初稳态开始

 

5、共形FDTD网格（Conformal FDTD mesh）

传统的阶梯网格划分从根本上破坏了物理几何形状。 虽然良好的形状逼近可以通过网格细化来近似，但它会大大增加内存占用和模拟时间。QuickWave使用先进的共形边界模型，可以对曲线形状进行精确，准确的建模，并获得高精度的模拟结果，而无需缩短时间步长！

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共形FDTD引擎

  • 无时间步长减少
  • 校正出现在金属边缘、角落和电线上出现的场奇点
  • 针对于曲线边界的独特模型
  • 自动和自适应（考虑材料参数）网格生成
  • 局部网格细化选项
  • 可供查看FDTD网格（FDTD grid）
  • 可供查看实际的FDTD网格（FDTD mesh）
  • 可供查看的共形FDTD算法参数（适用于有经验的高级用户）
  • 弯曲金属边界准确和稳定的共形表示
  • 多工具接口的高阶建模

 

特色功能

1、功能

  • 全3D EM求解器。
  • 超快速矢量2D（V2D）求解器，用于轴对称结构（BOR-旋转体），尺寸至2000波长，包括天线、圆形波导不连续结构和谐振器。
  • QuickWave-3D具有模拟微波加热功能。该软件可在复杂的状态下运行，甚至可沿着复杂的轨迹对加热物体的运动进行建模等。电磁场产生的热量传导计算可以使用自带的传热模块或通过耦合QuickWave-3D与外部计算流体动力学包来实现建模。
  • 适用于常用CAD环境的QuickWave插件，如Autodesk?、Inventor?软件。 CAD环境中3D / V2D结构、网格生成和参数格式的图形化定义。
  • 非常灵活的协处理功能。
  • 强大的“冻结”选项，可以保存当前计算状态、恢复此状态或继续计算。 “解冻”操作后，所有QW-Simulator功能都以相同的正常方式运行。此功能在众多情况下非常方便，通常在用户想要：将计算从一台计算机转移到另一台计算机、保存耗时的计算
  • 为庞大项目提供稳定的计算状态，而无需重新运行模拟
  • 用于执行用户定义命令序列的断点和任务机制，允许执行用户定义的操作，如自动“冻结”计算、保存计算结果等
  • QW-Editor和QW-Simulator的批量操作。
  • 创建选项可以逐个执行连续的QW-Simulator任务（每个任务后可暂停计算）;用户可启动开始下一个任务。
  • 查看模拟中使用的网格是否满足用户的要求，网格验证是一个重要工具。打开Test Mesh窗口后，我们可以逐层查看QW-Editor如何创建FDTD网格。对于鼠标定位的单元，其位置、单元类型和填充介质都会显示在窗口状态中。每个单元更详细的信息也会显示在信息对话框中。
  • 灵活方便的用户自定义对象（UDO）语言，用于定义几何图形和设置所有模拟参数。UDO语言简单易用，可使用户创建自己的任意复杂的参数对象来满足特殊要求。
  • 即用型单元和对象（天线、波导等）库和集总阻抗库（并行RLC、串行RLC、Drude、Debye和Lorentz）。
  • 通过QW-AddIn从SAT、DXF文件和其他CAD格式导入几何体。
  • 将几何图形导出到SAT文件。
  • 将S参数结果导出为SuperCompact、TouchStone、CSV数据或纯数据（纯数字数据）格式，并将辐射模式结果导出为3D结构的CSV数据和纯数据格式，以及Vector 2D（V2D）的SAC和GRASP数据格式。
  • 导入TouchStone、CSV数据和纯数据格式。

2、速度

  • 计算速度一直都是QuickWave软件开发者所关注的问题。为保持与硬件提升的同步，QuickWave有多种选项可以在各种多处理器/多核、GPU和MultiGPU配置上实现最佳计算速度。
  • 最佳单元索引实现快速的FDTD计算。
  • 减速选项可以减慢计算模拟速度，特别适用于当用户想要观察场的瞬态，或由于计算速度场变化太快时的场景。

 

 

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