HFSS求解器应用详解：IE求解器、FEBI求解器

在最新的HFSS2015里面，HFSS总共有五种算法求解器，如下图：

HFSS-IE求解器综述：

HFSS-IE的全称是积分方程法求解器，它是一个基于全波积分方程的电磁场求解器，该求解器采用的是面网格，求解的导体和介质模型表面的电流，由于HFSS-IE不需要另外绘制空气盒子并对其划分网格和计算，因此可以高效求解开发空间的辐射和散射问题，特别适合于计算大尺寸的开放域问题。HFSS-IE求解器的主要特点如下：

1. 支持无限大地平面设定；
2. 无需另外设定吸收边界条件；
3. 参考地可以使用镂空图形；
4. 支持单点离散扫频和插值扫频；
5. 支持HFSS场到场链接。

IE求解器在电大尺寸结构方面与FEM求解器的求解效率对比如下图：

由上图可以看到，IE求解器在求解电大尺寸的开发问题时相比FEM求解器在求解效率上有很明显的提升。因此IE求解器非常适合用于飞机、舰船的RCS分析，天线布局，反射面天线分析等。

HFSS-IE求解器使用指南：

1.新建一个Project文件并添加HFSS-IE Design：

2.模型参数化建模。注意，HFSS-IE里面是不需要单独绘制Air Box的！

除了不需要绘制Air Box意外，HFSS-IE里面没有Curvilinear的网格类型，所以曲面会按照Surface Approximation选项中的设置采用多段折线的方式来进行逼近迭代。此外，HFSS-IE只支持各向同性的材料，并且不支持铁氧体材料。

3.给材料赋值及边界条件：

HFSS-IE里面支持的边界条件如下图：

由上图可以看到，HFSS-IE的边界条件类型比较少，其中Infinite Ground Plane的边界条件必须设置和X-Y平面平行，通过Z Location选项可以调节其在Z轴方向的具体位置。此外，Infinite Ground Plane边界条件上可以通过设置Aperture边界条件来实现类似金属上开孔的效果。 特别注意的是，HFSS-IE的Select Material选项中只能选择金属材料（如铜、理想导体等）。

4.设置端口和激励：

HFSS-IE里面的激励只能设置成Terminal Lumped Gap Port和Incident Wave两种，具体设置方法与HFSS主界面一致。通过设置Incident Wave端口，可以利用Data Link将HFSS中计算得到的远场和近场辐射数据作为激励源链接到HFSS-IE当中，实现场到场的协同分析，如下图：

5.设置求解条件：

HFSS-IE的求解设置界面与HFSS基本相同，只是少了一些选项，如下图：

需要注意的是，HFSS-IE不支持快速扫频方式，在进行表格网格剖分时，HFSS-IE将考虑到波长细分参数（Lambda Refinement），对于介质的表面，对应于电磁波在该介质中的波长；对于导体而言，则对应于电磁波在周围传播媒质中的波长。

6.结果查看和后处理：

在后处理方面，HFSS-IE与HFSS基本一致，需要注意的一点是因为端口激励的类型是Terminal，所以在Edit Sources里面，HFSS-IE定义幅度时是激励电压大小而不是HFSS里面的入射波功率。另外，在场图显示中，J和Q代替了HFSS当中的E和H。如下图：

HFSS-IE的仿真结果精度分析：

HFSS-FEBI求解器综述：

HFSS-FEBI的全称是有限元-积分方程混合算法求解器，它是基于基于有限元算法和全波积分方程算法的一个混合求解引擎，有限元法擅长求解具有复杂结构、介质材料和复杂激励的问题。而积分方程法擅长求解大的开放空间问题。FEBI求解器有效地结合了两种方法的优点，在物体内部精细结构体内采用FEM求解，在物理表面采用IE求解，这样的好处就是在保证结果精度的同时可以大幅度的缩减求解空间，特别适合于计算带介质腔的电大尺寸的开放域问题，如带天线带天线罩的一体化仿真。HFSS-IE求解器的主要特点如下：

1. 对辐射边界到辐射体的距离尺寸没有要求；
2. 对波的入射角度没有限制，无反射边界条件；
3. 任意的共形边界，减少时间节省资源；
4. 支持单点离散扫频和插值扫频；
5. 支持HFSS场到场链接。

FEBI求解器的求解方法图解：

FEBI求解器的求解精度与普通的PML和Radiation边界的对比：

由上图可以看到，FEBI求解器不存在入射角度的问题，同时对辐射盒子的尺寸没有强制要求。因此FEBI求解器在求解带介质腔的电大尺寸的开放问题时会有很高的精度。

FEBI求解器的求解效率与普通的FEM求解器的对比：

由上图可以看到，FEBI求解器相比FEM求解器在求解效率上有很明显的提升。因此IE求解器非常适合用于介质腔体、天线及天线罩一体化、天线布局，反射面天线、整车电磁兼容分析等。

HFSS-FEBI求解器使用指南：

1.新建一个Project文件并添加HFSS Design：

2.模型参数化建模。

3.绘制Airbox辐射盒子:

FEBI求解器在原则上对辐射盒子到辐射体的距离尺寸没有要求，但一般仍然建议尺寸放到λ/8左右，保证积分面上的网格质量。

4.给材料赋值及边界条件：

5.设置端口和激励：

6.设置求解条件：

HFSS-FEBI的求解设置界面与普通的HFSS相同，如下图：

在进行表格网格剖分时，HFSS-FEBI将考虑到波长细分参数（Lambda Refinement），对于介质的表面，对应于电磁波在该介质中的波长；对于导体而言，则对应于电磁波在周围传播媒质中的波长。

6.结果查看和后处理：

在后处理方面，HFSS-FEBI与HFSS基本一致，如下图：

HFSS-IE的仿真结果精度对比：