电热模拟
当今无线射频设备日益复杂，对大型复杂射频设计的精确高效仿真需求也随之增加。在设计早期识别和预测潜在问题可以节省资源、时间和成本。热量会降低电子设备的性能和可靠性，因此热分析对于确定设备在实际工作条件下是否能达到预期性能至关重要。电磁损耗（包括介电损耗和导体损耗）是主要热源之一，因此准确计算这些损耗对于预测实际性能至关重要。使用 ANSYS HFSS，可以准确计算电磁损耗，然后将其导入 ANSYS 热分析，并使用 ANSYS Icepak CFD 求解器进行仿真，从而帮助工程师解决最复杂的热问题，并预测其设计在温度变化下的性能。
概述
在本篇博文中，我们将使用ANSYS Electronics Desktop (AEDT) 对高功率射频同轴滤波器进行电热仿真。ANSYS HFSS 将用于进行电磁仿真，计算射频介质和导体损耗。然后将射频损耗耦合到 ANSYS Icepak CFD 求解器进行热分析，包括传导、对流和辐射传热模式，并计算温度分布。
工作流程
本Demo的工作流程包含以下步骤：
-
使用 ANSYS HFSS 模拟所有固体的电磁损耗
-
将具有材料分配的几何图形连同计算出的电磁损耗一起传输到 Icepak
-
设置 Icepak 模拟，包括边界条件、网格设置和求解器设置
-
模拟 Icepak 设计并对结果进行后处理
HFSS设置
在此演示中，我们将模拟下面的射频同轴滤波器，并计算由于所用材料的有限电导率和介电损耗而导致的射频传导损耗。
下图显示了滤波器响应的 S 参数图。
使用场计算器，我们可以计算有限导电表面上的表面损耗密度和有损介电体中的体积损耗密度，如下所示。输入功率可以在"编辑源"窗口中修改。在本演示中，输入功率设置为 1W。
Icepak 设置
要使用 2025R1 版本创建 Icepak 设计，
- 右键单击 HFSS 设计，然后选择创建目标设计...
2）在"常规"选项卡下，选择"目标设计类型"为"Icepak"
3）选择分析设置
4）在 Icepak 选项卡下，选择强制对流
5）选择流速为1米/秒
6）选择流向为+Z
此工作流程将创建一个 Icepak 设计，其中定义了几何结构、边界条件和分析设置。它还将自动将电磁损耗与正确的几何结构关联起来。
Icepak 分析的解决方案类型是具有温度和流量的稳态。
定义的边界条件如下所示：入口速度和出口压力。
在开始分析之前，可以查看网格。请注意，热模拟网格与 HFSS 生成的网格不同。
- 在网格查看器中，选中"显示"选项并确保选择了"切割平面"。
- 在"定义平面"下拉菜单中，选择"通过中心的 X 平面"
- 转动模型，以便你看到其他平面
该模型的分析设置如下所示。温度和流动问题类型，流动状态为湍流。辐射模型采用离散坐标，并包含重力。两者对于自然对流都是必需的。为了提高模拟精度，可以增加迭代次数。
在"求解器设置"选项卡下，用户可以设置模拟方程的初始值
- 允许稳态模型更快地收敛
- 1 m_per_sec 设置为与重力相反（正 z 方向）
- 但是，如果您愿意，可以忽略此面板
- 按"高级选项"查看推荐设置
模拟完成后，我们可以查看解决方案的概况，并观察解决方案中设置的收敛标准的残差图。
我们还可以通过查看模拟配置文件中映射的总电磁损耗来确认 HFSS 计算的电磁损耗已正确映射。如图所示，总电磁损耗等于 HFSS 计算的表面损耗和体积损耗密度之和。
下面是同轴滤波器模拟的温度曲线和速度图。
