ANSYS HFSS與Icepak電熱耦合仿真與計(jì)算

1、ANSYS HFSS與Icepak電熱耦合仿真與計(jì)算隨著通信產(chǎn)品小型化、高密化的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的射頻系統(tǒng)以模塊化的產(chǎn)品形態(tài)出現(xiàn)，而高頻性能、熱性能以及結(jié)構(gòu)性能是射頻模塊的重要衡量指標(biāo)；ANSYS射頻模塊多物理場(chǎng)仿真方案可以協(xié)同考慮電磁、熱、結(jié)構(gòu)之間的相互效應(yīng)和影響，為射頻模塊設(shè)計(jì)提供一體化仿真方案。本文主要介紹ANSYS HFSS與Icepak軟件進(jìn)行電磁熱流的耦合仿真。在HFSS中計(jì)算的金屬層模型表面損耗和介質(zhì)層模型的體積損耗作為熱源，導(dǎo)入Icepak中進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷的計(jì)算，使用HFSS與Icepak進(jìn)行電熱單向耦合計(jì)算的流程如圖所示：1、 ANSYS HFSS 的設(shè)置與計(jì)算首先使用HFS

2、S對(duì)模型進(jìn)行材料、邊界和激勵(lì)條件以及求解條件的設(shè)置，計(jì)算金屬層模型表面損耗和介質(zhì)層模型的體積損耗，作為Icepak的熱源。體積功率的損耗，包括具有線性材料特性的物體的歐姆損耗、電介質(zhì)損耗及磁損耗（需要到物體內(nèi)部進(jìn)行求解），其表達(dá)式為pv=12ReEJ*+jBH*表面功率損耗是由所有外在的及內(nèi)在的表面阻抗邊界條件所引起的，其表達(dá)式為ps=12ReEH*外在的表面阻抗邊界條件包括有限導(dǎo)體邊界條件、阻抗邊界條件、層間阻抗邊界條件、集總RLC邊界條件、不對(duì)內(nèi)部求解的導(dǎo)體。電磁計(jì)算后可以通過(guò)結(jié)果后處理查看金屬層與介質(zhì)層的損耗分布，通過(guò)場(chǎng)計(jì)算器，可以計(jì)算總的損耗值。2、 Designmodeler的設(shè)置與

3、更新只有通過(guò)ANSYS Workbench平臺(tái)才可以進(jìn)行HFSS與Icepak進(jìn)行耦合仿真，將HFSS中的模型導(dǎo)入Geometry中，通過(guò)Designmodeler對(duì)模型進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為Icepak可以接受的格式。3、 ANSYS Icepak的設(shè)置與計(jì)算在Workbench平臺(tái)下，把HFSS中的模型和求解的損耗結(jié)果導(dǎo)入Icepak中，設(shè)置計(jì)算區(qū)域，風(fēng)冷的方式與風(fēng)速，模型材料，然后進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，最后進(jìn)行求解。在求解過(guò)程中可實(shí)時(shí)查看殘差曲線及監(jiān)控點(diǎn)曲線，在結(jié)果的后處理中可以顯示切面的溫度云圖，溫度的不均勻主要是由于損耗的不均勻引起的。在Summary report的界面下，可以統(tǒng)計(jì)器件的損耗值，比較HFSS與Icepak計(jì)算的熱耗數(shù)值，二者相同足以說(shuō)明，通過(guò)ANSYS Workbench平臺(tái)，可以使用HFSS與Icepak進(jìn)行電磁-熱流的精確耦合模擬計(jì)算。如果進(jìn)行HFSS與Icepak的雙向耦合計(jì)算，需要在HFSS中將模型的材料設(shè)置為溫度的函數(shù)。在Icepak中勾選溫度反饋選項(xiàng)，在Workbench平臺(tái)下設(shè)置溫度反饋，進(jìn)行電熱雙向耦合仿真。下圖為電磁-熱流雙向耦合的流程圖。本文主要是使用ANSYS HFSS與Icepak軟件，對(duì)微波電路中常用的濾波器進(jìn)行了電磁熱流的耦合模擬計(jì)算。首先在HFSS中對(duì)模型進(jìn)行了各種參數(shù)的設(shè)置，并在HFSS中對(duì)混合環(huán)進(jìn)行了計(jì)算，得到了帶狀線介質(zhì)層的