XFdtd 3D电磁仿真软件

XF 包括一个专为需要分析匹配网络和企业馈电网络的天线工程师设计的原理图编辑器。 FDTD 仿真的 S 参数可随时用于分析。 相关的频域电路求解器可快速求解电路布局并提供匹配结果。 完成匹配网络或企业馈电网络分析后，可将原理图应用于 FDTD 仿真，检查全波结果。

支持的组件

子电路

电阻器

理想电感器和有损电感器

理想电容器和有损电容器

开关
 
移相器

网表文件导入

SnP 文件导入

FDTD 块

电压表

电流表

理想的传输线

微带传输线、三通、弯曲、台阶

共面和接地共面波导

原理图编辑器包括一个分析工作台，提供用于调整的滑块。调整用于确定符合性能指标的元件值。用户还可以通过它查看匹配网络的行为如何随各个组件的变化而变化。

稳态全波结果

除上述标准元件外，XF 的原理图编辑器还允许用户无缝指定工作模式和多态器件。

将原理图应用于 FDTD 仿真时，将更新以下稳态全波结果：

端口数据，包括 S 参数、驻波比
系统和辐射效率
可用功率、输入功率、耗散功率和辐射功率
近场传感器
远场传感器

Remcom 致力于通过最先进的电磁仿真软件和最新的高性能计算技术，提高设计工程师和电磁专业人员的工作效率和创造性选择。我们不断创新，使 XF 更快，每次发布都能最大限度地利用计算资源。我们业界领先的电磁加速技术是缩短您的开发时间、让您的产品更快投放市场的有力工具。

Remcom 可为各种规模的安装提供加速选项。无论您是只有一台 GPU 的计算机，还是拥有多 GPU 集群的计算机，我们都能为您提供解决方案，让您的 XF 仿真更加高效。

1.XStream GPU 加速技术

XStream 利用现代显卡中强大的图形处理器（GPU）进行超快的数值计算，极大地提高了电磁仿真性能。XStream 可使 XF 计算在几分钟内完成，而仅使用 CPU 则需要数小时甚至数天。

2.用于 CPU 和 GPU 集群的消息传递接口 (MPI) 技术

在集群中利用多台计算机，在它们之间分配 XF 计算。Remcom 为有能力建立计算机集群的用户提供 MPI 功能的特殊许可选项。

此外，我们还提供 MPI + XStream。这项技术将计算分配给集群中的图形处理单元（GPU），而不仅仅是 CPU。并行连接多个 GPU 集群可极大地提高处理速度和可用内存。 

3.支持无限内存

XF 对电磁仿真的大小没有内存限制。可仿真以前无法在商业电磁仿真工具中运行的超过数十亿单元的大型问题。仿真空间仅受可用硬件限制，每边可超过一百个波长。

4.多处理器技术

目前，大多数现代计算机都包含多个处理器内核，并能同时并行执行多个程序线程。 XF 充分利用了这一技术，大大加快了同一台计算机上所有可用处理器的计算速度。 这是产品的一项标准功能。

XStream 利用现代显卡中功能强大的英伟达™（NVIDIA®）图形处理器（GPU）进行超快的 FDTD 数值计算，极大地提高了电磁仿真性能。利用英伟达™（NVIDIA®）公司最新一代的图形处理器，XStream 可在几分钟内完成 XF 计算，而仅使用 CPU 则需要数小时甚至数天。XStream 至少需要一个具有 CUDA 功能的 GPU。

1.用于 GPU 集群的 MPI + XStream

单独使用 XStream 可以实现卓越的性能，但仅限于单台计算机的可用资源。将 XStream 与 MPI（消息传递接口）的强大功能相结合，可以让多个计算机节点利用组内所有 GPU 的内存和计算能力协同工作，从而大幅提高处理速度和可用内存。无论您是想汇集现有资源以节约成本，还是想加速解决您从未想过的问题，MPI + XStream 都能为您提供市场领先的技术。

2.定制配置硬件

Remcom 的合作伙伴可为客户提供配备最新 GPU 技术的定制 XF 系统。这些经过 Remcom 认证的系统通过将推荐的 GPU 直接内置到产品中来优化 XF 的性能。 

虽然使用 XStream 不需要定制系统，但这些产品可为那些希望获得更强计算能力的用户提供集群级计算性能。 

利用XF工具优化天线阵列的辐射和波束转向特性，最大限度地提高5G设备的性能

XF 利用电磁叠加原理，只需一次模拟就能快速分析端口相位组合。

叠加原理将多个信号组合起来，以显示产生的波。XFdtd 的叠加模拟使用户能够分析天线阵列和其他多端口设备。该后处理选项可对输入信号进行交互式操作，实时计算近场、远场、效率和其他结果。

因此，MIMO 波束成形阵列分析等复杂任务的设计工作流程得到了极大的简化和精简。高频 MIMO 和 5G 设备设计需要进行大量分析，以确保适当的性能，而波束成形应用由于必须分析多种状态而增加了复杂性。XF 利用电磁叠加仿真有效地应对了这些挑战。

XFdtd 提供模态和节点波导接口。

XF 提供两个波导接口，用于激发各种波导结构和传输线。XF 的模态波导功能和节点 S 参数共同为波导激励提供更精确的解决方案，并允许将 XF 输出传递给电路求解器进行后处理。

模态波导

XF 的模态波导接口非常适合传统的矩形和圆形导电管道。 根据波导的形状和相关材料，XF 可以确定支持的模式，然后将阻抗匹配的模态激励直接应用于波导结构。 可以定义一个或多个高阶模式，如 TE11、TE21、TM11 和 TM21，从而可以计算它们之间的 S 参数。

节点波导

XF 的节点波导接口可计算微带、差分对和多引脚连接器等传输线的单端 S 参数，为 PCB 设计和信号完整性提供增强的分析选项。 该接口允许用户选择传输线引脚并应用用户定义的参考阻抗，从而在信号源处产生阻抗失配。 在仿真过程中会计算出表现出失配的重归一化 S 参数值，并可导出到电路求解器中进行分析。

同时计算基于 SPICE 的电路求解器和全波 FDTD 求解器。

XF 的瞬态电磁/电路协同仿真功能将时域电路求解器与全波电磁求解器相结合，并利用协同仿真功能在FDTD 仿真的每个时间步更新复杂的电路结构。 这改进了对瞬态电压抑制 (TVS) 二极管、芯片元件和匹配网络的分析。

改进对瞬态电压抑制 (TVS) 二极管、芯片元件和匹配网络的分析
利用村田（Murata）、Coilcraft 和 Taiyo Yuden 等制造商提供的测量数据模拟实际芯片性能 
将匹配网络定义为 SPICE 模型并纳入电压源

1.TVS 二极管

TVS 二极管通常用于射频前端或数据线，以保护敏感电路免受 ESD 事件的影响。制造商提供由二极管、电阻器、电容器和电感器组成的等效 SPICE 模型，以模拟物理二极管的 VI 特性。XF 的非线性电路求解器能够处理单向二极管、双向二极管和其他以等效 SPICE 电路表示的ESD 缓解设备。

2.芯片元件

双端口、表面贴装无源芯片元件常用于PCB设计。 与其在 FDTD 仿真中使用理想元件，不如根据测量数据模拟芯片的实际性能。 村田（Murata）、Coilcraft 和 Taiyo Yuden 等制造商为其芯片提供 SPICE 模型，这些模型可导入 XF 并用作电路元件定义。 在定时裁剪过程中，XF 的电路求解器会根据 SPICE 模型更新包含元件的单元边沿。

匹配网络

两端口、三端口和四端口匹配网络可定义为 SPICE 模型，并包含在 XF 的电压源中。 这样，用户就不必将匹配网络中的每个元件定义为单独的电路元件。

XF 可以帮助预测可能发生介电击穿的位置。

静电放电 (ESD)是指两个带电物体之间突然产生的电流，其原因是分隔它们的电介质击穿（即介质击穿）。当已知材料的介电强度时，XFdtd 三维电磁仿真软件可确定可能发生介电击穿的位置。

1.介电强度

介电强度被定义为材料在不失去绝缘性能的情况下所能承受的最大电场，可使用 XF 的材料编辑器为电学材料定义介电强度。默认情况下，材料的介电强度为无穷大，在FDTD 仿真期间不会监测介电击穿。输入以 V/m 为单位的有限介电强度可让 XF 在时间步进过程中监控材料遇到的瞬态场值，并检查潜在的介电击穿。

2.介质击穿传感器

为监测 FDTD 域的介质击穿，可以创建一个近场介质击穿传感器。 该传感器的边界可定义为整个模拟域、几何体的边界框或用户所需的任何子体积。 自由空间介电强度定义了模拟域中所有自由空间单元边缘的介电强度，默认值为 3.0 MV/m，与海平面空气的介电强度相对应。

3.介质击穿比

可以从 XF 的结果浏览器中选择介电击穿传感器和介电击穿比结果类型，来检查在模拟过程中超出介电强度的 FDTD 单元边缘。 电池边的介电击穿比定义为模拟过程中遇到的最大电场除以电池边的介电强度。可以确定电池边缘超过其介电强度的时刻，并通过方便的 "放大到最大值 "按钮轻松找到介电击穿比最高的电池。

确定全波匹配电路优化 (FW-MCO) 的元件值。

全波匹配电路优化 (FW-MCO) 由 XF 的电路元件优化器执行。 该功能可为匹配网络布局、印刷电路板、天线、滤波器或其他射频结构选择最佳元件值。 由于 FDTD 仿真方法由于使用的是 FDTD 仿真方法，因此会考虑到影响射频结构和元件的多种电磁现象，例如驱动天线与附近铜线之间的耦合。

目标和要素价值

电路元件优化器利用全波 FDTD 仿真确定射频结构的特性，然后根据用户定义的以下目标选择最佳元件值：

辐射效率
系统效率
S 参数
虽然传统元件包括电容器、电感器和电阻器，但现代应用利用更先进的元件来实现设计要求。电路元件优化器支持以下类型的元件：

固定电阻器、电容器、电感器
理想电阻器、电容器、电感器
逼真的电容器、电感器和用户定义的等效串联电阻
从组件制造商下载的标准 *.s2p 文件定义
MDIF 格式 *.s2p 文件的无源可调谐集成电路（PTIC 或 "调谐器"
每个部件都可以有一个离散的数值范围，代表部件供应商提供的部件。

运行模式

射频电路通常在不同的工作模式下使用，例如自由空间中的移动电话与手持式手机。在选择元件值时，电路元件优化器能够识别并考虑多种工作模式。因此，调谐器值可针对个别模式进行优化，而固定 L 或 C 元件则最适合所有模式。

与首席执行官一起设计流程

设置 XF 项目，包括铜线、元件位置、材料、网格等。
创建响应矩阵，利用 FDTD 模拟来描述影响部件的场相互作用。
执行电路优化，利用 S 参数和/或效率目标来选择一组最佳元件值。
验证匹配网络或滤波器在所选元件值下的性能是否符合要求。

准确传递天线辐射特性，供 XFdtd 外部使用。

XF 的惠更斯表面可收集封装设备的封闭表面上的稳态电场和磁场。这些场值能准确捕捉天线辐射特性，并可导出到无线 InSite 等光线跟踪仿真工具中使用。 除场值外，还指定了相位中心和相对于几何体的几何参考点。 相位中心在光线跟踪中分别用作发射器和接收器光线路径的起点或终点。 几何参考点提供了在传播环境中放置和定位场盒的简便方法。 进入 Wireless InSite 后，即可计算吞吐量、接收功率和 SINR 等通信指标。

只需一个简单的步骤，就能将完整的多层柔性印刷电路板设计包覆到模板上，或将薄板包覆到任意形状的表面上。

XFdtd 的封装功能可将平面设计封装到任意表面。该功能在导入时支持完整的多层柔性 PCB，因此用户无需手动封装每一层--只需从导入菜单中选择 PCB 选项，提供表格，XF 就会自动完成封装工作。

XF 还包括用于单层设计（如共形天线）的包覆片（Wrap Sheet）功能。用户无需进行一系列弯曲，就能在不知道参数的情况下轻松地将几何图形应用到所需的形状上，从而简化建模过程。

XF 与 Optenni Lab 的集成有利于匹配网络设计工作流程。

XF 中的全波求解器用于计算非匹配设备的 S 参数和效率。然后将这些结果输入 Optenni Lab，由电路求解器确定最佳匹配网络拓扑结构和相关元件值。

集成功能包括以下功能：

分析单端口和多端口设备
选择电感器、电容器和可调元件
在多个频段上进行优化
根据 S 参数或效率目标选择匹配的网络布局
对 3D CAD 几何图形进行参数分析
Optenni Lab 确定最佳匹配拓扑结构后，会将匹配网络作为 *.s2p 文件发回XFdtd。XF 将匹配网络应用于馈线，并更新匹配天线的模拟结果，作为后处理步骤。这样，用户就可以在不运行另一个全波仿真的情况下分析匹配天线的性能。

PrOGrid 项目优化网格简化了网格创建。

PrOGrid 结合了FDTD 建模的最佳实践，通过考虑项目的多个方面来优化网格的精度和运行时间。用户可以控制网格划分的以下方面：

导体边缘的分辨率更高，因为那里的场最强

跨特征（如微条和基板）的最小单元数

波长较短的电介质内的较小电池

根据波长的一部分确定的自由空间填充

PrOGrid 简化了生成高效网格的过程。通过综合考虑几何特征、工作频率和材料参数，PrOGrid 可以智能地创建优化网格，从而实现高精度和短运行时间。

PrOGrid 逻辑
在自由空间和波长较短的电介质中，每个波长保证一个电池。
缩小弯曲几何体周围的单元格尺寸
在电场最强的导体边缘进行边界细化。

更快、更准确的模拟

XF 的 XACT 网格可缩短仿真时间，同时提高最复杂设计的精度。重要的几何特征，包括复杂的曲面和微小的间隙，都能通过先进的亚细胞共形方法得到解决。通过更精确地表示输入的几何图形，XACT mesh 可以减少计算资源，同时保持全波电磁求解器的精度。更快、更精确的仿真提高了设计从开始到结束的吞吐量。

好处
代表小间隙和曲面
提高结果的准确性
减少未知数，显著缩短电磁模拟时间

其他主要功能
通过简单的用户界面提供高效的工作流程
可视化保形轮廓确保对网格的信心
与XStream GPU、多处理器和 MPI 加速技术结合使用

通过 XF 的结果浏览器获得的所有数据均可导出为 MATLAB 和 CSV 格式。

XF 的 MATLAB 导出功能可利用 MATLAB 广泛的数学和可视化功能对数据进行全面的后处理。以下列表重点介绍了导出中包含的内容，但并非详尽无遗：

点、平面和体积传感器的 E、H、B 和 J 场

旋转 B+/- 和 SAR 结果

自定义 SAR 后处理所需的网格顶点位置和网格材料属性

XF 的增强型热传感器可将金属和其他非生物物体纳入温升计算。计算以 Penne 的生物热方程为基础，考虑了热连接材料之间的传导热传递、血液灌注、新陈代谢过程和一般射频加热的影响。该传感器非常适合进行以下相关分析：

治疗加热装置
核磁共振成像对患者的加热，包括植入物、探针和电极的影响
微波热烧蚀
植入式设备
传感器的输出包括初始温度、温升和最终温度分布。这些数据可在用户界面上直观显示，也可导出进行自定义后处理。

VariPose 是 XF中的一项专门功能，可重新定位男性可见人体网格的体素，包括内部解剖结构。根据特定的用户应用，人体可以摆放在逼真的位置。重新定位的网格在各种生物电磁计算中非常重要，包括核磁共振成像、汽车和体戴式通信设备（包括手机、无线笔记本电脑和蓝牙设备）。

从 10、5、3、2 或 1 毫米体素格式的男性可见人形开始，VariPose 允许用户重新定位从膝关节、髋关节和肘关节到拇指和手指关节的身体关节。实际的重新定位过程需要大量计算，根据网格体素大小和重新定位的关节数量，可能需要数小时到数天的时间。为了提高用户使用效率，VariPose 包含两个模块：图形用户界面和生物网格重新定位引擎。

图形用户界面允许查看原始网格和任何随后重新定位的网格，并提供网格信息，包括每种组织类型的体素数量、重新定位后组织类型的质量变化以及三维和二维可视化。图形用户界面上还有一个 "棍人 "骨架，用户可以实时控制每个关节的重新定位。一旦用户对新的网格位置感到满意，图形用户界面就会写入一个控制文件，然后重新定位引擎就会读取该文件和原始网格。一旦引擎重新定位了生物网格，就可以将其读入图形用户界面进行评估。VariPose 将以 XF 和通用体素两种格式提供重新定位的网格。

移动设备的握持方式多种多样，XF 可以模拟这些不同的握持方式。可以导入 CADHuman 的左右可摆姿势手，并使用手指和拇指每个关节处的控件重新定位。

此外，导入的模型可以很容易地与项目中的其他部件对齐，从而可以很容易地用导入的手握住设备。

XFdtd允许您重复使用所创建的几乎任何内容，从而使您的工作效率倍增。任何项目都可以转化为模板，项目的各个部分可以存储在共享库中，您所做的任何仿真都会被保存下来，并可轻松访问结果以进行比较。

主要功能
PrOGrid 项目 优化网格划分
自定义项目模板
包含所有结果的模拟历史
共享图书馆
共享组件、传感器和波形定义
用于在 ODB++ 中导入分层 PCB 的 PCB Merge
CAD 合并

CAD 合并
如果您使用的是经常更新的 CAD 文件，您只需设置一次层次结构、材料分配和网格优先级。每次导入新版本的文件时，XF 都会保留这些信息，使您的工作流程尽可能高效。

PrOGrid 项目 优化网格划分
PrOGrid Project Optimized Gridding通过考虑项目的多个方面来优化网格的精度和运行时间，从而简化网格创建过程。用户可以控制网格划分的以下方面：

导体边缘的分辨率更高，因为那里的场最强
跨特征（如微条和基板）的最小单元数
波长较短的电介质内的较小电池
根据波长的一部分确定的自由空间填充

XFdtd的设计目的是通过跟踪您为每个项目所做的每次仿真来支持您的工作方式。来自其他项目或过去模拟的结果可以添加到图表中，以三维方式查看，进行后处理，或导出为文本、MATLAB 或 CSV 文件。XF 中的 "结果浏览器 "可完全自定义，通过过滤和搜索工具，只需点击几下就能轻松找到所需的内容。

视觉输出
输出显示的平面、曲面和体积与输入几何体一致
E/H/B、传导电流、旋转 B 近场，以及耗散功率密度
E、增益、实现增益、轴向比、雷达截面的 3D 远场模式
助听器兼容性、SAR、磁共振发射效率和磁共振图像输出近似值
生物热传感器

图形输出
近区磁场/电流与时间的关系
阻抗、S 参数与频率、驻波比、有源驻波比
极坐标天线模式
史密斯图表阻抗图
瞬态结果的 FFT
群组延迟输出类型
时域反射仪 (TDR) 和时域传输 (TDT) 输出类型
耗散功率密度

为什么要等到模拟完成后再查看结果？有了 XF，您可以在计算过程中查看结果，并在有新数据可用时自动更新。您还可以使用基于鼠标的图形导航工具更自然地浏览图形。XF 中的图形引擎可让您以前所未有的速度和交互方式查看结果。

主要功能
基于鼠标的流畅图形导航

模拟过程中自动更新

用于自定义图表外观的抬头属性显示

水平、垂直、十字准线和点标记

数据和图像导出

基于鼠标的平移和缩放控制是一种更快、更直观地浏览图表数据的方法。滚动可放大和缩小两个坐标轴或单个坐标轴。即使是包含大量数据的图表，XF 也能让图表工作变得流畅高效。

图形的重要部分也可以标记。垂直、水平或十字线标记可以添加、滚动、附加到图上，或用于标记图表上的任何位置。

无论是导入 CAD 数据库还是创建自己的模型，XF 中复杂的建模工具都能让您的工作变得更轻松。XF 中的建模引擎允许您从头开始构建复杂的模型或修改导入的 CAD 文件。这样可以减少建模时间，让您有更多时间专注于结果。

主要功能
带约束的 2D 草图绘制工具：直观的网格/对象捕捉和约束系统可快速创建复杂的图形。
对象的特征历史：每个对象上的建模操作都是连锁的，可为项目中的每个模型创建可编辑的历史记录。

可导入 CAD 格式
Pro/E
CATIAv4
STL
CATIAv5
发明者
ODB++

SAT/SAB
DXF
VDA-FS
步骤
IGES

XF 使电磁专家而非 CAD 专家更容易完成复杂的建模任务。建模操作按步骤进行，界面简单，任务易懂。每个对象上的建模操作都是连锁的，为项目中的每个模型创建了可编辑的历史记录。

有了 XF，您就可以创建省时的自定义功能，从而加快工作速度。应用程序中的几乎所有功能都可以通过强大的脚本 API 进行控制和访问。无论是编写自定义对话框还是设计自定义优化例程，XF 中的脚本 API 都能打破现有功能与所需功能之间的壁垒。

主要功能
全功能脚本编辑器

通过脚本创建自定义对话框

在 XF 中，参数是项目 DNA 的一部分。部件、组件、波形、材料以及项目中的其他一切都可以利用参数的力量。它非常简单，任何人都能使用，但它的一些高级功能又会让任何高级用户感到满意。

只需更改一个参数值，就能修改基于同一参数的整个程序集。由于参数几乎可用于 XF 中的任何地方，因此您可以将更多事情自动化，并获得对项目的完全控制。

例如，通过对长度和宽度进行参数设置，对天线进行调谐，以获得所需的响应。

主要功能

将几乎任何变量值定义为参数，如零件长度或模拟频率

使用参数的数学表达式

参数评估脚本接口

XF 在市场上一直处于领先地位，能够在模拟开始之前看到带有材料的成品网格。 这就确保了仿真不会因网格错误而失败。 

XF 的智能和超快网格更新功能使这一过程比以前更加无缝。以前因网格过大而无法查看的网格，现在只需极少的时间即可创建和检查。XF 只在需要的时间和地点对网格进行智能更新，使您能以更少的中断创建最精确、最高效的网格。这还能确保您的项目拥有执行精确模拟所需的最小网格。

主要功能
查看模拟前的网格
自动插入固定点
自动网格区域
网格划分速度快
占用内存少，适用于大网格