Ansys HFSS 的前世今生

凡亿PCB 2020-12-12 00:00

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HFSS全称 High Frequency Structural Simulator，其创始人是卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）大学教授 Prof. Zoltan J. Cendes，他在加拿大麦吉尔大学（McGill University）念的硕士和博士，重点研究基于有限元的电磁计算。

1973年博士毕业后，他入职美国纽约通用公司，干了六年后回到母校麦吉尔大学当副教授，1982年转到卡内基梅隆大学担任教授，1984年创立了Ansoft公司（Analysis Software简称）。

1988年，鼎鼎有名的惠普公司（HP, Hewlett-Packard Corporation）找到他们进行合作，签订合同，要求Ansoft负责开发出一款电磁仿真软件，即HFSS，产品成熟后转交HP进行销售，Ansoft公司从中获得版权收益（注此时Ansoft公司很小很小，市场份额几乎为零，此举极有利于公司发展壮大）。
1990年，HP-HFSS正式发布（注此时HFSS属HP）。
1999年，安捷伦（Agilent）从HP公司分离，HP-HFSS相应变为Agilent-HFSS。
2001年，Ansoft公司又从Agilent手中成功收购会HFSS，改名Ansoft-HFSS。
2006年，ANSYS公司又成功收购Ansoft公司（8.32亿美元），改名ANSYS-HFSS，这就是大家现在经常用到的HFSS的前世今生（国内简称HFSS为海飞丝）。

电磁场有限元和HFSS发展大事记

1967年：P Silverster 发表第一篇电磁场有限元算法论文
1969年：M. V. K. Chari and P. Silvester发表第一篇采用有限元算法求解非线性静磁场问题论文
1970年：P. Daly，Z. Cendes and P. Silvester分别发表论文，发现了有限元伪解问题
1970年代：Zoltan Cendes在GE从事计算电磁学研究，发表论文“Magnetic field computation using Delaunay triangulation and complementary finite element methods” 提出了有限元电磁场计算的自动网格生成方法
1984年：Zoltan Cendes博士在任职CMU期间，创建Ansoft公司，推出第一代电磁场有限元法仿真软件，主要用于电机和变压器的电磁分析。直到1989年，Ansoft 还是全球唯一的商业化电磁仿真计算工具。

Ansoft的创始人，HFSS之父 Zoltan J Cendes教授

1988年：HP公司（Hewlett Packard公司，著名的微波测试仪器和电路设计软件公司，）寻求Ansoft开发二维和三维射频微波电磁场工具，并命名为高频结构仿真工具HFSS(High Frequency Structure Simulation)
1988年：Z. J. Cendes, J. F. Lee,联合发表论文 “The Transfinite Element Method for Modeling MMIC Devices“ 超限单元法，实现了端口特性的快速精确计算
1989年：Zoltan Cendes提出切向矢量有限元算法，解决了电磁场有限元算法的伪解问题，成功完成GE微波炉加热问题的电磁场仿真和温度计算
1989年：Ansoft和HP公司签署OEM协议，Ansoft 负责基于HP 9000系列工作站，开发电磁场仿真工具，HP公司在全球独家代理销售
1990年：开发了直接矩阵求解技术，解决了求解收敛性问题，开发了自适应网格剖分技术，排除了电子工程师使用软件的最大障碍，成功发布HFSS的第一个版本

1990年，HFSS发布第一个版本，三维高频结构全波仿真的时代开始了。这是在微波杂志的广告和惠普公司制作的HFSS产品说明，当年，在惠普高性能工作站上，即使利用对称边界条件，计算这样一个同轴/波导转换器也要用16个小时

1996年2月28日，Ansoft公司在Nasdaq成功上市，股票代号ANST，每股发行价在8美元和10美元之间，总数为150万股，市值1500万美元，而当时Ansoft的年销售额总共只有约685万美元

HFSS的早期主要研发者：孙定国（左）和李金发（右），都是Zoltan Cendes的学生，他们的出色工作奠定了HFSS作为电磁仿真黄金工具的基础，当时还是风华正茂的青年学者

1996年：借助于上市募集的资金，Ansoft收购了MSC公司的EBU分部。没错，就是有限元法仿真当时的王者MSC公司。在上世纪九十年代，微波天线还是航空航天与国防的专属技术，应用面非常窄，市场规模也很小，有谁能预料到未来？HFSS 计算辐射问题求解，本征模式求解技术实际上都来源于此次收购。

Ansoft 总部所在的大楼，位于匹兹堡著名的旅游景点Station Square(火车站广场)，那里保留了匹兹堡作为钢城时候的记忆

1996年：Ansoft 和惠普（HP）公司HFSS OEM协议终止。惠普公司组建团队，重新开发自己的HFSS软件。由于当年HFSS并未注册商标，所以，市面上出现了两个HFSS：HP-HFSS和Ansoft HFSS。在1996到2001年期间，如果你用的HFSS版本号是5.1, 5.2 到5.5，5.6，那么，你实际上用的是HP HFSS，如果你的版本号是5.0，6.0到9.0，10.0，那么你用的就是根正苗红的Ansoft HFSS
1997年：Ansoft 收购著名的微波电路仿真公司Compact Software，与惠普（HP）公司产生了直接竞争

Maxwell操作环境，HFSS 8.5以前的界面

2001年：由惠普公司拆分出来的Agilent公司，将其HFSS业务出售给Ansoft公司，Ansoft随即将HFSS注册为商标，结束了两个HFSS并存的局面

ANSYS 公司的商标和高频电磁场仿真HFSS，电路仿真Designer/Nexxim 安装包，从HFSSv9.0 开始，全面更新了界面

2008年3月31日，同样位于匹兹堡的著名CAE公司ANSYS以8.32亿美元收购了Ansoft公司，停止了ANSYS Emag HF研发，以Ansoft为基础建立了电子产品业务部，继续开发HFSS等电子与电磁仿真产品，并与结构、流体仿真工具集成，实现电磁、结构、热和流体多物理场耦合仿真。通过这次收购，ANSYS得以进入高速增长的高科技、汽车与电子行业，而Ansoft上市到被收购退市，12年间，市值增长了50多倍，Ansoft 创始人兼CTO也成为了计算电磁界最富有的人。

ANSYS总部大楼，2015年建成，距离匹兹堡市中心大约20英里。结构和电磁产品的研发集中于此

2011年：HFSS推出时域有限元算法
2012年：HFSS推出了基于区域分解法（Domain Decomposition Method）的有限元电磁场并行求解技术，大大扩展了HFSS的计算规模，提高了求解速度
2014年：HFSS推出基于DDM的有限大阵列天线求解技术，成功求解大规模阵列天线
2015年：HFSS推出积分方程法与有限元算法的混合求解与并行计算技术，为反射面天线、天线布局等同时包含复杂结构与电大尺寸金属结构的问题提供了高效精确的算法
2016年：HFSS混合算法持续改进，可以直接定义IE区域，进一步提高混合求解的效率
2019年：HFSS推出电磁场有限元非匹配（non-conformal）网格求解技术，实现了对5G 阵列天线设计中常见的非规则阵列的高效求解。

“工欲善其事，必先利其器” ，HFSS可以帮助我们以更高的效率、设计出更好的产品，解决更多的难题，加入ANSYS大家庭后，借助于新的平台和持续的高强度投入，HFSS得以持续发展。今天，HFSS不仅包括了有限元算法，还提供了时域有限元、积分方程法、物理光学法、弹跳射线法等多种电磁场算法以及本征模式求解器、特征模式求解器、二次电子发射求解等，成为微波、天线和高速电路、封装、PCB设计者必不可少的工具，是真正的“倚天剑、屠龙刀”！

2012年，已经退休的Zoltan Cendes教授应ACES(Applied Computational Electromagnetics Society)的邀请，进行了“计算电磁学改变了我的生活 (Computational Electromagnetics Has Changed My Life)”主题演讲。HFSS和计算电磁学，岂止改变了他的生活，也改变了我们的生活…

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