소개
현재 국내는 물론
전세계 3D field solver 시장의 과반수 이상을 점유하고 있는 tool이다. 정통 FEM
기술을 연구해오던 카네기 멜론 대학의 Zoltan Cendes 교수에 의해 설립된 Ansoft는
최근 몇 년간 M&A를 통해 RF & EM tool 회사중에서 가장 큰 회사로 성장했다.
97년까지 HP에 OEM으로 공급되던 HFSS는 v5.0 이후 Ansoft의 brand로만 공급되며,
현재 HP에서 출시된 HFSS는 이름만 같을 뿐 전혀 다른 신제품이다. HFSS의 가장 큰
장점이라면 아무래도 막강한 사용자 그룹이다. 일단 오랜 역사와 많은 사용자들을
거느린 S/W로서 이 분야의 표준이 되다시피 하다보니 수많은 적용사례와 해석 기술,
검증자료 들은 타의 추종을 불허한다. 단점이라면 FEM이라는 이론 자체가 좀 오래된
이론이라서 개선에는 어느정도 한계가 있으며, 현재 HFSS는 속도나 정확도, 적용도의
면에서 어느정도 한계레벨에 도달했다고 볼 수 있다. 한때 Ansoft 내에서도 알고리즘의
대폭적인 변화를 통해 새로운 upgrade를 시도하려 했으나, 정통 FEM을 고수하는 편이
제품 이미지나 그동안의 고객들에 대한 배려라고 판단되어 보류되었다고 한다.
FEM은 비선형 mesh를 이용하기 때문에 mesh 분할의 중요도가 매우 높은데, HFSS는 adaptive 방식을 이용하여 최적의 mesh 분할을 시도하고 있다. 지금은 매우 진화되어 상당히 빠르고 안정적이지만, 반면에 사용자가 mesh 조절법을 제대로 배우고 써야 정확한 결과를 얻을 수 있다는 점을 유념해야 한다. HFSS는 frequency domain에 근거한 FEM방법을 사용하다 보니까 광대역 주파수 계산에 애로사항이 많은데, 6.0 이후 ALPS (Adaptive Lanczos Pade Sweep)라는 fast sweep 기술을 사용하면서 속도와 정확도 면에서 많은 향상이 있었다. 6.0에서는 MACRO를 본격적으로 도입하여 parametric이나 수동적인 optimization이 가능했는데, 7.0에 오면서 이러한 부분들이 optimetric 등의 옵션을 통해 어느정도 자동화할 수 있게 되었다.
기능/특징
- ACIS solid modeler / MACRO
업계 표준 3D CAD
modeler인 ACIS core를 채택하여 높은 호환성과 편리한 사용자 환경을 지원한다.
HFSS 외의 기타 Ansoft Maxwell 제품군과 100% 호환이 가능하며, 6.0부터 무한 undo/redo와
MACRO modeling을 지원한다. MACRO를 이용하면 실행과정을 text 형태로 저장하여
사용자가 수정실행함으로써 일종의 라이브러리를 구축할 수 있게 되어있다. 덕분에
사용자가 조금만 학습하여 MACRO language를 이해하고 조절할 줄 알게 되면
그려진 개체값을 수정하는 데 유용하게 활용할 수 있다.
- Adaptive mesh
Ansoft HFSS는 매우 고지능적인 adaptive mesh 알고리즘을 내장하고 있다. FEM에서 mesh분할의 중요도는 다른 어느 해석알고리즘보다 중요하며, 특히 파장이 짧은 고주파에서 더욱 그러하다. 이러한 사면체 중심의 비선형 mesh를 사람이 직접 control하기는 매우 어려운 일이기 때문에, 컴퓨터가 FEM에 근거하여 가장 error가 적은 구조의 mesh를 만들어내도록 조절해 주어야 한다. Adaptive mesh를 만들기 위해서는 cetner frequency와 delta S 등을 정하게 되는데, 이를 통하여 S 파라미터가 안정되는 mesh구조를 컴퓨터가 알아서 잡아준다.
- Ferrite / Anisotropic material
특수한 자성체의
일종인 ferrite는 circulator나 전파 흡수체, MSW 등의 RF 분야에 사용되는
중요한 재질이다. 그러나 이론적인 어려움으로 인해 Ansoft HFSS만이 제대로 지원되어
왔다. Ansoft HFSS는 자체적으로 선형 자성체를 구현할 수 있고, 외부 자계에 따라
자구의 방향이 비선형적으로 변하는 비선형 자성체로 구현하기 위해 같은 maxwell
module의 하나인 EM3D와 연동이 가능하다. 이를 잘 이용하면 고주파에서의 ferrite
특성을 아주 정확하게 modling할 수 있으나, 단점이라면 fast sweep을 응용할 수
없기 때문에 해석시간이 상당히 많이 걸리게 된다.
- Model library
MACRO를 이용한 여러 가지 다양한 모델 라이브러리를 제공한다. 특정 모델을 선택하고, 그 모델의 고유의 dimension을 입력하면 자동으로 그려주는 것으로서, 제공되는 모델은 다음과 같다. microstrip T junction, broadside coupled line, mitered and unmitered bends. radial and asymmetric bends, coax line for prescribed Z0, round and square spiral, magic T, patch antennas, helix geometries....
- Periodic boundary
어레이 안테나를 해석할 때 주로 사용되는 기능으로써, master / slave boundary를 이용하여 하나의 구조물이 유한 개의 1차원 혹은 2차원 배열로 있는 것처럼 모델링하는 것이다. feeding 구조에 따라 적용이 되는 경우도 있고 안되는 경우도 있지만, 잘 적용되는 경우에는 pattern 계산에 많은 시간을 절약할 수 있다.
- Optimetric (option)
Ansoft의 S/W 제품군인 Maxwell 패밀리에 공통으로 적용되는 옵션으로서, MACRO를 직접 조절하여 prametric 해석이나 optimization을 수행할 수 있다. 결국 사용자가 해야할 단순작업을 어느정도 스케줄링하여 자동연속 실행하는 기능으로서, 구현의 원리가 간단하면서도 편리하다. 여러 tool에 적용되는 범용이다 보니까 부가적으로 설정할 부분이 다소 거슬리긴 하지만, 잘 활용한다면 충분히 가치있는 옵션이다.
- Eigenmode solver
특정 구조물의 전자파 에너지 집중형태만 계산해주는 solver로서, 주로 공진기의 공진주파수나 도파관의 mode 계산 같은 경우에 많이 활용된다.
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Lumped port
SI나 특정 구조에서 waveguide port 대신에 전압/전류원의 source를 등가화시킨 lumped port를 제공한다. 이를통해서 S 파라미터의 추출은 물론 port내의 임피던스를 조절할 수 있으며, 다른 waveguide port와 같이 사용되어 coupling까지 계산할 수 있다.
- Batch/Scheduler
여러개의 작업을 순서대로 돌려주는 기능으로서, 여러 개의 프로젝트를 순서대로 돌리도록 설정하고 그 결과를 저장하게 하는 것이다. 실제 설계를 하다보면 이러한 기능을 이용하여 밤새 다양한 작업을 시키거나 여러 sample을 미리 설정하고 순차적으로 계산시켜서 손을 많이 덜 수 있게 된다. 웍스테이션에서 주로 이용되는 scheduler를 사용하면 아예 시간을 예약해놓고 정해진 시간에 계산을 시작하게 할 수도 있다.
제작사 홈페이지 : http://www.ansoft.com