IES先进的电磁仿真分析软件

模型外观
截面电场 分布云图
电子枪（二次发射）
一次发射 二次发射
天线分析
微带天线
IEEE AP91 Dec, p1691
端口S11 参数
六端口波导连接器
天线罩问题
模型外观
左旋圆极化电场分布
卫星RCS计算
NASA TM4613
模型外观 8GHz
卫星RCS问题
飞机RCS问题
机身长37米，翼展20 米。计算频率：1G
当你碰到以下情况时，可以用批处理方式。
•有一组类似的仿真。 •仿真时间太长。 •可通过设置批处理文件来完成每次仿真的启动。
• …… 设置好之后，就不必管它了，由它慢慢算吧！！！
案例
高压交流输电线的仿真分析
高压交流输电线的仿真分析
这个模型是一段三相 交流电的传输线，频 率为50Hz，相邻传输 线距离约为0.17米。
IES：先进的电磁仿真分析软件
软件介绍与案例
提纲
公司背景 产品介绍 技术优势 案例分析
公司背景
我们为什么要用IES IES公司历史 IES公司地理位置
我们为什么要使用IES
节省原型设计时间，避免过多的实物实 验，节约成本。
相对于其它电磁场计算软件，IES计算速 度很快。
天线、天线阵、波导、微带、谐振腔、微波电路、 机箱机柜、电磁波吸收比率（SAR）、电磁散射、 RCS、EMC/EMI等等 电子枪、加速器、质谱仪、射线管、成像管、微 通道板、冷阴极发射器、螺旋发射器等等
电磁与热耦合、电磁与应力耦合
技术优势
强大的建模功能 灵活的网格剖分方式 实用的快速多极子算法 解决高频电大尺寸问题 独有的非线性材料内电场分析 优秀的设计手段——参数扫描 智能的运算方式——批处理
IES不仅能够分析自由空间与线性材料内 的静态电场与准静态电场，而且能够分 析非线性材料内的静态与准静态电场。 这是其它众多低频场软件所没有的功能。 这一功能在IES软件中不仅仅运算速度快， 而且计算准确，是工程师难得的仿真分 析助手。
参数扫描
可以进行各种各样的参数扫描计算，计 算速度快，设置方便。是设计的好方法！
公司地理位置
IES总部位于加拿大Winnipeg.同时也是 研发部的所在地。
Winnipeg 是一个中型城市，约有65万 人口。在东西走向上位于加拿大的中 心。距离多伦多约有2000公里的距离， 距离渥太华有2300公里。
公司地理位置
产品介绍
IES的算法及网格技术介绍 产品说明 产品系列 软件应用
网格剖分
混合元法 混合元法是IES的又一创 举。采用这样的方法能 够弥补有限元法与边界 元法的不足，更加准确 快速地求解模型。
实用的快速多极子算法
IES为了解决边界元法解矩阵困难的问题，专门引进了 快速多极子算法。
所谓的快速多极子算法是一种专门用于边界元、矩量 法等积分方程法的快速计算方法。由于边界元法产生 的矩阵是一个满阵，这样在矩阵求逆的过程中，就会 十分困难。对于同样的模型，其求解速度在某些情况 下甚至会比有限元还要慢。为了解决此问题，近年来， 学术界提出了这种革命性的快速算法，IES及时将这种 理论运用到工程计算软件中，因而使IES求解器远远领 先于其他同类软件。运用了这种快速算法之后，边界 元法的求解速度大大增加。
产品系列
辐射和散射：使辐射 和散射分析变得容易 起来。能够计算并显 示天线辐射方向图和 输入参数，雷达截面 积(RCS)和吸收功率 以及其他参数，并能 直观地显示出来。 Singula(三维)
产品系列
• 涡电流和时谐场：对所有涡流和集肤效应明显的器件的特性给予彻底的观察。 应用包括三相电动机、传感器、感应加热等等。。
公司历史
IES 创建于 1984 ， President Dr. Bulent Yildir and Technical Director Mr. Bruce Klimpke.
公司的第一个产品是 Electro---一个二维静电场求解软件。
公司历史
IES后来的产品: • 低频静电场仿真软件（Coulomb） • 低频静磁场仿真软件(Amperes Magneto) • 涡旋电流仿真软件(Oersted Faraday) • 微粒运动轨迹仿真软件(Lorentz2D Lorentz EM) • 热分析软件(Kelvin Celsius) • 结构分析软件 (Elasto) • 高频电磁场仿真软件(Singula)
网格剖分
边界元法与有限元法各有特点，互相补充。使用边界元法解决电磁分析 问题能够大量的节省硬件资源，并且能够很好的解决有限元法难以解决 的大长宽比问题、大曲面问题、开放区域问题等等，由于边界元法是积 分方程法，积分的使用也会大大提高算法的计算精度，在电磁场突变点 也有比有限元更加灵活的处理手段。但是边界元法与有限元法相比较也 有一些缺点，例如边界元法所产生的矩阵是一个满阵，对于同一个模型， 边界元法的网格比有限元少，但是边界元法解矩阵的过程可能比有限元 还要慢，并且边界元法还不利于处理多层介质。因此IES把这两种方法 综合在了一起，这样就能够更快更精确地求解每一个电磁分析问题。
产品说明
从工程应用方面，软件分为两大模块： 模型计算分析模块 模型优化设计模块
产品系列
静电场与低频电场分析软件：用于分析电场，应用的领域从高压设备的静电应 力分析到集成电路的特性描述。 Electro (二维/旋转对称) Coulomb (三维)
静磁与低频磁场分析软件：为磁场仿真方面的广阔应用提供了求解方法。典型 应用包括电动机、螺线管和磁记录设备。 Magneto (二维/旋转对称) Amperes (三维)
解决复杂电磁计算问题
IES的高频模块Singula采用了矩量法和物 理光学法以及有限元法，这就为解决复 杂电磁问题奠定了基础。例如电大尺寸 问题，针对飞行器、轮船、汽车的RCS问 题，机舱、驾驶舱的电磁环境分析问题、 天线装机问题等等，采用矩量法与物理 光学法就可以解决这类问题。
非线性材料内的电场计算
旋转式电机
模型外观
磁矢位分布
绝缘子分析
机器人清扫绝缘子
绝缘子串
机箱屏蔽分析
模型外观
电场分布云图
微发电机（简谐振动问题）
模型外观
感生电动势
电感器
模型外观
饱和电流曲线
绝缘材料分析
模型外观
电势云图
磁头
模型外观
磁感应强度云图
E面方向耦合器
IEEE MTT96 Nov, p2089
模型外观
电子枪（二次发射）
• 为使电磁场分析软件更加完备，IES公司还提供了结构分析软件， Elasto(二 维/旋转对称或可忽略边缘效应的均匀模型)是全功能的结构软件包。
软件应用
低频与涡流
高频 粒子与粒子束 耦合问题
电机、变压器、绝缘材料、绝缘子串、高压输电 线、软磁材料、传感器、开关机柜、涡流加热、 微电机系统、螺线管、磁记录设备、磁头、永磁 体、磁力设备、继电器、感应电机、母线装置、 机车等等
Oersted (二维/旋转对称) Faraday (三维) • 粒子跟踪和波束分析：可以计算通过电场和磁场的带电粒子束或粒子束的轨迹。 需要这种分析的应用领域有显示器(CRT’s)和粒子加速器的研究等等。 Lorentz 2D (二维/旋转对称) Lorentz 3D (三维)
产品系列
• 热场分析：用于分析电磁场中的温度。将电磁场与热功耗进行耦合求解。 Kelvin (二维/旋转对称) Celsius (三维)
建模
二维与三维的结合使用 使得建模更加简单快捷
Sweep作图方式——建立复杂的模型 任何复杂模型在IES中都可建模
可以从其它建模软件（如SolidWorks, ProEngineer和EDS I-Deas ）中通过读取内存的 方式将模型导入到IES中 保证与其它软件顺利地协同工作
自动修复错误 使从其他建模软件中导入的模型可以正常使用
可以很方便的优化产品、设计产品。 功能强大、全面，拥有很多其它软件所
没有的重要功能。
我们为什么要使用IES
IES低频软件主要采用的算法是BEM（边界元 法）。为了提高软件的灵活性与效率，后来又 引入了混合元法，即边界元与有限元相结合的 算法。IES的高频模块采用了MOM（矩量法） +PO（物理光学理论）的混合算法和FEM（有 限元法） ，全面解决了高频电磁分析问题，尤 其是对于电大尺寸问题分析非常有效。这样的 算法给我们带来的好处如下： • 软件计算速度高 • 软件的工程适用范围广 • 软件仿真结果有很高的精确性
发动机RCS问题
Freq: 6GHz
微波加热问题
IES：先进的电磁仿真分析软件
欢迎大家提问！！！
灵活！方便！ 快速！准确！
网格剖分
边界元法
边界元法是IES产品的特色。 采用这样的算法意味着我们在 求解过程中不必再去关心空间 区域的情况，只需按照等效原 理计算边界上的等效源分布即 可。这样就只需在模型的边界 上剖分网格，这样就大大降低 了计算量。
网格剖分
有限元法
有限元法是一种很成功的算 法。在这种算法的基础上， 各种各样的以求解偏微分方 程为目的的软件层出不穷。 这种方法的算法可以求解任 何模型。但是计算量太大， 往往因为计算机资源的限制 而无法实现。
当你碰到以下情况时，可以用参数扫描。 •不知道某一个器件的位置或角度 •不知道某一个边界或体上的电荷或电压值 •不知道某种材料的确切参数 • …… 通过参数扫描，就可以得到准确的设计参数！！！
批处理
提供批处理功能，使用户能够在确保某 一组工程设置准确无误的情况下，自动 连续地处理一组电磁仿真。
IES的算法及网格技术介绍
软件包
算法
网格
高频
Singula
二维软件
包 低频、涡
流、粒子
与粒子束、
结构、热 三维软件
分析
包
矩量法、物理光学法、 一维网格、二维三角形网
有限元法
格、三维四面体网格
边界元法、有限元法、 一维网格、二维三角形网
快速多极子算法
格、二维四边形网格
一维网格、二维三角形网
边界元法、有限元法、 快速多极子算法
格、二维四边形网格、三 维四面体网格、三维五面 体（棱柱）网格、三维六
面体网格
产品说明
从工程仿真过程角度来看，二者主要的模块有 以下几个：
建模模块 (Modeling) 边界、源与材料设置模块 (Boundaries、
Sources and Materials Assign) 求解设置模块（Analysis Setup） 网格剖分设置 （ Mesh Setting） 后处理模块 (Post Processing) 优化模块 (Parametric)