ANSYS 17.0测试报告：电大尺寸天线罩与波导裂缝阵一体...-2
2. FEM-IE混合算法减少求解空间
电大尺寸介质天线罩在仿真算法方面，HFSS的FEM-IE混合算法是最佳的选择。以PO、UTD为代表的高频渐进算法仅能对纯金属的电大尺寸问题有效，无法仿真具有介质结构的天线罩，加之电磁波束多次反射导致在天线罩内部的路径复杂，传统基于射线理论的高频算法很难处理；单纯的矩量法在解算多层介质结构时很难生成格林函数，且难以解算具有任意三维曲面的介质结构及波导裂缝阵这样的内腔问题；有限元法非常擅长于任意三维结构的求解及天线阵问题，但由于求解空间过大而带来的巨大运算量会降低仿真效率。
与单一的全波有限元或矩量法相比，HFSS中混合了有限元和积分方程两种全波算法的混合算法能够减小求解空间尺寸，降低运算量，减少时间域资源的消耗。HFSS中通过FE-BI边界技术，在边界内部采用有限元算法，边界表面采用积分方程算法，天线罩与天线之间大量的空气区域可从有限元求解域中去除，并且能够与天线完全共形。
图 ：FE-BI边界(左)与有限元辐射边界(右)相比能够显著减小求解空间
本测试案例中，设置3D Component初期，在各自的模型中已经设置了与天线罩及波导裂缝阵共形的FE-BI边界，模型装配时将两个边界同时引入到了新的模型中。
图：HFSS 2016中的IE算法增加了ACA与MLFMM自动选择的选项
HFSS中IE算法具有ACA（自适应交叉近似）和MLFMM（多层快速多极子）两种加速算法，两者各有擅长计算的问题类型。在最新的HFSS 2016版本中，HFSS除了可以单独选择采用何种加速算法外，新加入了Auto选项，由软件根据模型特点智能选择采用何种加速算法。
HFSS的HPC支持混合算法并行，从上一个版本开始，HFSS的HPC的设置进一步智能化，使用者只需要指定可用的CPU内核数和内存占用比，软件即可以根据仿真模型的特点，自动选择采用何种HPC并行策略。
3. 3D Component网格复用功能加速参数扫描效率
天线罩的电性能计算中非常重要的一项是需要考虑天线罩不同倾斜角度对电性能的影响，对于以上基于3D Component装配完成的模型，可以很容易地将天线罩部分进行旋转，并将旋转角度设置为变量，从而考察不同角度下的电性能。
在HFSS 2016中，基于3D Component建立的模型，具备网格复用功能，即在不改变模型结构尺寸的情况下，任何针对Component的平移、旋转等改变位置的操作，可以直接复用此前已经剖分完成的网格，从而极大提升参数扫描的效率。
图：天线罩不同倾斜角度仿真时间
由于采用了混合算法及并行求解，本案例在HP Z840工作站（详细配置见后）上求解的速度非常快，求解信息如下：
· 初始0 deg共迭代四步，总耗时2小时24分钟；
· 此后每个角度耗时40多分钟（由于此后计算直接利用0 deg的剖分好的网格，节省了大量时间）；
· 网格量：21.8万FEM四面体网格+12.7万IE三角面元网格；
· 最大内存消耗：约为24GB；
· 16个角度值（0~30deg，2deg步进）总耗时：13小时47分钟。
图：天线罩倾斜2 deg状态下的求解时间及内存消耗统计
