HFSS和CST究竟該怎么選？

一 、連接器概述

連接器是我們電子工程技術人員經(jīng)常接觸的一種部件。它的作用非常單純：在電路內(nèi)被阻斷處或孤立不通的電路之間，架起溝通的橋梁，從而使電流流通，使電路實現(xiàn)預定的功能。

連接器是電子設備中不可缺少的部件，順著電流流通的通路觀察，你總會發(fā)現(xiàn)有一個或多個連接器。連接器形式和結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的，隨著應用對象、頻率、功率、應用環(huán)境等不同，有各種不同形式的連接器。

市場需求瞬息萬變，使得連接器的設計趨于多樣化，新產(chǎn)品研發(fā)周期縮短，從而增加了產(chǎn)品設計研發(fā)的難度。在長期摸索實踐，總結(jié)出指向解決這一難題唯一的解決辦法—數(shù)值模擬仿真。

隨著國家對數(shù)字化進程的推進，研發(fā)是一個國家高科技產(chǎn)品發(fā)展的基礎和核心。數(shù)字化研發(fā)自然也被制定在數(shù)字化進程之內(nèi)，5G建設等新型產(chǎn)業(yè)也不但發(fā)展，萬物互聯(lián)技術得到不但推廣，在推廣過程中，各式各樣的連接器層出不窮。

為了節(jié)約成本，企業(yè)更愿意在前期研發(fā)階段，模型階段就能解決連接器的所有潛在問題。一般連接器都是非規(guī)則模型。如果單靠經(jīng)驗的簡單計算，是無法計算準確的，因為其根本不存在解析解。因此像ANSYS等知名數(shù)值仿真公司推出了連接器仿真等前期預測技術，讓客戶在模型階段即可解決多數(shù)問題，在測試階段盡量減少更多修改循環(huán)，從而能使研發(fā)成本得到很大壓縮。常用連接器模型如下圖：

圖1 連接器類型

二、不同連接器仿真常用參數(shù)

連接器仿真主要分為電磁仿真和結(jié)構(gòu)仿真。其中電磁仿真主要電磁模擬仿真電磁信號通過連接器后的性能情況。

對于單針或同軸連接器主要關注連機器的阻抗隨頻率的變化。對于多針連機器，主要關注連接器單針的阻抗特性，插入損耗，及針與針之間的能力耦合，隔離度。有的企業(yè)也會關注實際信號進入其中某一引腳后的引腳與引腳在之間的實際電磁耦合，這所有的需求都需要相對專業(yè)的仿真技術來解決。

圖2連接器

三、企業(yè)仿真連接器現(xiàn)狀

就當前電磁仿真技術來講，目前市面上真正懂電磁的電磁仿真工程師相對較少。而由于電磁這種物質(zhì)本身較為抽象，從軟件操作到懂電磁的過程，還需要深入理論基礎的理解及工程實踐經(jīng)歷的支撐，培養(yǎng)周期較長。

目前專業(yè)只針對特定的連接器電磁仿真培訓及課程極為罕見。因為從研發(fā)角度講，其是一種用于研發(fā)領域的核心技術，對人員要求有一定門檻，即使某些企業(yè)存在懂的工程師也少把多年研究的成功拿出來作為培訓材料。

對此仿真秀致力于開發(fā)符合需求的培訓課程成為了一種可能，目前已經(jīng)開發(fā)多套課程，并定期可客戶做線上交流及案例分享。

四、如何學好連接器仿真技術基礎

對于對連接器仿真技術感興趣的朋友要真正了解電磁仿真技術需要具備三方面的素質(zhì):

需要對電磁仿真技術基礎有深入理解

需要對仿真軟件怎么使用有豐富經(jīng)驗

最好有通過電磁仿真研發(fā)產(chǎn)品的經(jīng)歷，能夠不但反思理論和工程經(jīng)驗的關系，通過理論真正指導實踐

圖3研發(fā)流程

五、連接器仿真軟件選擇

在研發(fā)過程中，仿真軟件如何選擇，是我們每個工程師關注的問題，本著幾條原則來做：

仿真準確性

工程應用性

仿真效率

目前在行業(yè)中做電磁仿真的軟件主要有HFSS和CST。CST大多數(shù)經(jīng)驗是比較快速，而HFSS 相對比較慢，但HFSS換來更精確。從算法比較CST主打算法為FDTD,HFSS為FEM,兩種算法對比如下：

1) FEM沒有YEE元胞的限制，剖分單元可以是任意形狀，一般采用四面體，曲邊四面體等，可以根據(jù)實際研究的物理對象的實際形狀實現(xiàn)最佳的擬合。比如其剖分有曲面三角形，實現(xiàn)對研究對象邊緣的最佳擬合。而FDTD限制使用YEE元胞，對于球體來說，在邊緣對球體的擬合度不高，導致FDTD誤差更大。

(2) FEM不存在數(shù)值穩(wěn)定性問題和色散問題，而FDTD時間步和空間步大小取值相互制約，尤其本身的數(shù)值差分算法特性導致數(shù)值色散問題，導致更大的誤差。因此有限元對工程人員設置的方面要求低，而FDTD要求工程人員更加專業(yè)。門檻更高，才能得到準確的數(shù)值計算結(jié)果。

(3) FEM在任意介質(zhì)的分界面處自動滿足邊界條件，其能很好的適應各種復雜結(jié)構(gòu)。而FDTD對于小而復雜的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生更大的誤差。

(4) 對于電大尺寸FDTD計算更快，F(xiàn)EM速度稍慢，ANSYS已經(jīng)產(chǎn)生對于這個問題的具體相應算法，能提供兼顧速度和精度的混合算法，比如SBR。

另外從EDA集成度來看CST和HFSS相當，多物理層耦合領域ANSYS更為專業(yè)。

審核編輯 ：李倩