Ansys HFSS 2023 R1 업그레이드 

Introduction

이번 호에서는 Ansys 2023 R1 버전에서 업그레이드된 HFSS의 핵심 기능을 소개하도록 하겠다.

1.  HFSS 3D 

1-1. Parallel Component Adapt for 3D Component Array

3D Component Array 해석의 Adaptive Meshing에서 병렬 해석을 지원한다. HFSS의 3D Component Array 기능은 다음과 같다. Component 단위로 도메인을 분산하여 비 등각 Mesh로 서로 다른 Unit Cell을 해석하여 빠른 Array Antenna 분석을 가능하게 해준다. 이전 버전에서는 복수의 3D Component Array가 정의되면 순차적으로 Component의 Adaptive Meshing이 진행되었지만, 2023 R1부터 아래 [그림 1]과 같이 HPC 리소스를 사용해 병렬로 Adapt Meshing을 진행한다. 단, 해당 기능은 Beta 기능으로 Beta 옵션 항목에서 ‘Parallel Component Mesh Adapt’ 체크 후 사용할 수 있다. 

[그림 1] 3D Component Array의 병렬 Adaptive Meshing 개념 설명

1-2. Layout Component Workflow Improvements

Layout Component의 Mesh Fusion 적용 및 워크플로가 개선되었다. 참고로 이 기능도 Beta 기능으로 Beta 옵션 항목의 ‘Layout Component in HFSS 3D’ 체크 후 사용할 수 있다. Layout Component이용 시 3D Layout에서 작업한 PCB, PKG 모델을 HFSS로 가져와 [그림 2]와 같이 Connector, SMD 소자와 결합된 복잡한 Full 3D 모델 해석이 가능하다. HFSS 3D Component와 유사하게 암호화가 가능하고 사용자 간에 편리하게 공유가 가능하다.

이러한 Layout Component는 이제 3D Component와   동일하게 Mesh Fusion 기술을 적용할 수 있게 되었다. 그리고 Layout Component 설정에서 참조 좌표계를 사용할 수 있게 되어 Connector와 SMD 소자 같은 3D Component의 배치 작업이 간소화되었다. 또한 Edit Layout을 통하여 삽입된 Layout Component를 HFSS의 디자인 내에서 호출하여 편집할 수 있고 Stack-Up Layers, 개별 Net의 시각화 기능을 제공한다.

1-3. Iterative Solver for Mesh Fusion

다음으로 HFSS의 Iterative Solver 개선사항이다. 이전 버전에서는 Mesh Fusion 적용시에 Direct Solver만 사용할 수 있었지만 2023 R1부터는 Mesh Fusion 해석에 Iterative Solver 기술을 사용할 수 있다. 이제 사용자는 필요에 따라 해석 시간 및 메모리 사용량이 높은 디자인 모델에 선택적으로 Iterative Solver 기술을 적용해 해석할 수 있다. Horn Reflector Antenna 모델을 Direct와 Iterative Solver로 각각 해석한 결과는 [그림 3]과 같다. 이때, Iterative Solver를 사용한 경우 해석 시간은 42% 향상되었고, 메모리 사용량은 54% 감소하였다.

1-4. Modal Port in Terminal Design

Terminal Solution Type에서 Modal Port를 사용할 수 있는 새로운 기능이 추가되었다. 그로 인해  Modal, Terminal의 두 가지 Solution Type의 설계 유형을 하나로 병합하여 전체 워크플로가 단순화되었다. 기존에는 Horn Antenna와 같은 Waveguide 구조 해석에서 필수로 Modal Solution Type을 사용해야만 했지만, 이제는 Terminal Solution Type에서 Terminal Port 외에 Modal Port의 병행사용이 가능하여 [그림 4]와 같이 PCB에 방사하는 Horn Antenna가 포함된 EMI, EMC 테스트 환경 해석이 가능하다. Terminal Solution Type으로 설정된 디자인에 Modal Port가 추가될 경우 Edit Source Excitation의 Source 단위가 Voltage에서 Power로 자동 전환된다.

1-5. Nonlinear Drude and Plasma Density Calculation for HFSS Transient

비선형 주파수 의존성 재질 설정 및 Plasma 밀도 계산 기능이 신규로 도입되어 2023 R1부터 HFSS는 비선형 Drude 모델과 Plasma 밀도 계산을 HFSS Transient 해석으로 분석할 수 있다. 이를 통해 PECVD 및 Dry Etch 같은 반도체, 디스플레이 장비사나 마이크로파 유도 Plasma 분야의 사용자들이 Plasma 발생 및 밀도에 대한 예측이 가능하다. Plasma 물성 정의를 위하여 Plasma Frequency, Collision Frequency 등과 같은 입력이 가능한 [그림 5]의 Drude Parameter 및 Plasma, Gas & Ionization Parameter를 제공한다. [그림 6]은 Oxygen 가스가 주입된 PECVD 챔버의 Plasma 밀도를 시각화한 그림이다. 참고로 분석할 주파수 및 파워의 세기는 Port 설정에서 제공한다. 이 기능은 베타 옵션에서 ‘HFSS Nonlinear Drude for implicit transient’ 항목을 체크 후 사용할 수 있다. 

1-6. AMD Math Library for Direct Matrix Solver

마지막으로 AMD 프로세서 사용자 증가에 발맞춰 HFSS의 Direct Solver 해석에 AMD Math 라이브러리를 지원한다. HFSS는 2022 R2에서 Beta 옵션으로 AMD Math 라이브러리를 제공하였지만 2023 R1부터는 정식으로 사용할 수 있다. 툴이 CPU Vendor를 감지하여 CPU가 AMD인 경우 Direct Solver 해석에 자동으로 AMD Math 라이브러리를 사용한다.

2.  HFSS SBR+ : PTD and UTD for ADP

Range-Doppler 분석에서도 PTD, UTD 옵션을 설정할 수 있도록 변경되었다. SBR+ 해석에서 PTD, UTD 옵션을 사용하면 금속 가장자리나 모서리에서 발생하는 회절 현상을 정밀하게 분석할 수 있다.

 

[그림 7]과 같이 레이더 신호와 함께 동일한 축에 정렬된 두 개의 평행으로 위치한 금속판을 분석한 케이스를 살펴보자. PTD, UTD 옵션 사용이 불가했던 이전 버전의 Range-Doppler 해석에서는 후면에 위치한 금속판이 확인되지 않지만 2023 R1에서는 PTD, UTD 옵션을 사용하여 후면에 위치한 금속판의 거리 및 속도를 Range-Doppler 결과로 확인할 수 있다. 

3.  AEDT Desktop : Parasolid kernel for 3D Modeler

3D Modeler의 CAD 커널이 Parasolid 커널로 변경되었다. 이전까지는 ACIS를 3D Modeler의 CAD 커널로 채택했지만, ACIS의 지원이 종료되어 2023 R1에서는 Parasolid로 변경되었다. Parasolid 커널은 업계 표준 Geometry 커널 중 하나이며 현재 많은 주요 CAD 및 CAE 분야에서 사용되고 있다. 그 뿐만 아니라 Parasolid 커널은 적극적으로 유지 보수에 대응해주고 있으며 ACIS 커널 대비 향상된 기능을 갖추고 있다.

맺음말

이번 호에서는 Ansys 2023 R1 HF 주요 업데이트에 대해 소개하였다. 상세한 내용은 태성에스엔이의 자료실에서 웨바나를 시청하길 바라며, 본 원고로 업무의 향상성을 개선하는 유익한 정보를 얻었길 바란다.