SEMCAD電磁兼容與生物電磁分析軟件

SEMCAD是瑞士SPEAG公司推出的一款專業(yè)面向電磁兼容（EMC），天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生物電磁學(xué)的三維全電磁仿真設(shè)計(jì)軟件。它起源于瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（Swiss Federal Institute of Technology）開發(fā)的交變方向隱式時(shí)域有限差分（ADI-FDTD）算法，旨在全面解決無線電設(shè)備、生物醫(yī)療、汽車電子等領(lǐng)域的電磁兼容安全性問題。
SEMCAD軟件在電磁兼容、天線系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)、微波電路、電磁散射、光器件、汽車電子、生物電磁、醫(yī)學(xué)醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。它可以幫助電磁相關(guān)部門和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師避免在原型機(jī)或制造階段付出昂貴的代價(jià)，將設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬階段，從而使企業(yè)減少設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，最終增加企業(yè)利潤。采用電磁仿真分析軟件，借助高性能計(jì)算模擬進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、驗(yàn)證已經(jīng)成了當(dāng)今生產(chǎn)、研發(fā)領(lǐng)域必備的重要手段。

目前，SEMCAD憑借其高性能的FDTD求解器、無與倫比的計(jì)算速度和強(qiáng)大的多目標(biāo)多參數(shù)多頻率的優(yōu)化功能，在EMC和天線設(shè)計(jì)等領(lǐng)域已經(jīng)逐漸成為電磁仿真設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工具包，為電子、通信、醫(yī)療、航空、航天、汽車等行業(yè)提供有效的電磁設(shè)計(jì)解決方案。

SEMCAD功能特點(diǎn)

1 強(qiáng)大的建模能力和豐富的CAD模型接口

SEMCAD采用國際上CAD、CAE軟件流行的三維建模內(nèi)核ACIS，操作界面是完全Windows風(fēng)格，易學(xué)易用。QTech算圖引擎可輕松處理一萬個(gè)以上的CAD元件，支持全參數(shù)化建模，可對(duì)模型分組歸類，形成任意二維、三維陣列，有對(duì)模型的布爾操作、掃描、拉伸、平移、旋轉(zhuǎn)、鏡像、去面等功能。

SEMCAD提供豐富的軟件接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與Pro/E, UG, Catia以及Solidworks等CAD軟件的模型無縫連接。SEMCAD軟件具有強(qiáng)大的模型接口功能，可以導(dǎo)入多種格式的文件，包括SAT、 IGES、Pro/E、STEP、CATIA V4、CATIA V5、3DS、STL和DXF等文件，對(duì)PCB電路板有專門的Gerber接口。SEMCAD還提供對(duì)導(dǎo)入模型的修復(fù)功能。

2 高性能FDTD求解器

算法是軟件的核心，是計(jì)算機(jī)仿真與設(shè)計(jì)的靈魂。SEMCAD的核心基本求解算法—— 時(shí)域有限差分（FDTD）方法，已經(jīng)被證明是計(jì)算電磁學(xué)中最通用，應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的電磁場數(shù)值求解方法之一。FDTD方法有以下基本優(yōu)點(diǎn)：

1).直接時(shí)域計(jì)算：一次仿真可以模擬所有寬頻帶特性；
2).廣泛適用性：適合模擬包含任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)、任意介質(zhì)分布的空間電磁環(huán)境；
3).節(jié)約存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間：所需內(nèi)存和仿真時(shí)間都與空間網(wǎng)格數(shù)成正比。

SEMCAD擁有最先進(jìn)的FDTD算法，包括有效減少網(wǎng)格誤差的C-FDTD (共形FDTD)和無條件穩(wěn)定的ADI-FDTD。ADI-FDTD消除時(shí)間步長對(duì)網(wǎng)格尺寸的依賴，為仿真大系統(tǒng)中的小尺度結(jié)構(gòu)提供了有利支持。 SEMCAD是世界上第一個(gè)采用C-ADI-FDTD這一高效算法的商業(yè)電磁仿真軟件。

Ø Yee-FDTD求解器。優(yōu)化的Yee網(wǎng)格FDTD求解器, 在主頻為3.4 GHz 的P4機(jī)器上每秒中可以求解 20-40 兆個(gè)單元。64位求解器支持大于10億自由度的復(fù)雜問題求解。
Ø C-FDTD求解器。共形FDTD算法包含導(dǎo)體共形技術(shù)和介質(zhì)共形技術(shù), 它擺脫了標(biāo)準(zhǔn)FDTD網(wǎng)格的大量階梯近似，有效減小網(wǎng)格誤差，大大提高了計(jì)算準(zhǔn)確性。
Ø ADI-FDTD求解器。ADI-FDTD擺脫時(shí)間步長對(duì)網(wǎng)格尺寸的依賴，可以無條件穩(wěn)定，為仿真計(jì)算大系統(tǒng)中的小尺度結(jié)構(gòu)提供了可能。
Ø C-ADI-FDTD求解器。 結(jié)合了C-FDTD和ADI-FDTD 兩種算法。
Ø EM-T求解器。電磁與熱耦合求解器，提供了強(qiáng)大的電磁與熱分析平臺(tái)，為人體SAR分析、設(shè)備熱分析和EMC聯(lián)合設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。
Ø EM-SPICE求解器。電路與電磁場聯(lián)合求解器。

另外，SEMCAD還有可分析到靜態(tài)場的低頻電磁場求解器，獨(dú)立的熱求解器、并行 FDTD求解器。

3 實(shí)用的優(yōu)化設(shè)計(jì)

SEMCAD軟件具有基于遺傳算法（GA）的多種優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了方便的設(shè)計(jì)工具?，F(xiàn)將其優(yōu)化功能總結(jié)如下：

4 全面的后處理能力

SEMCAD有強(qiáng)大的可視化后處理功能，可以輸出瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)電磁場場量（P，B，D，E琀，J，S等）參數(shù)，還有如下可視化后處理功能：

Ø 任意二維和三維的場分布圖及動(dòng)態(tài)顯示
Ø 可輸出直角坐標(biāo)圖、極坐標(biāo)圖和Smith圓圖
Ø 近場、遠(yuǎn)場參數(shù)（TIS、TRP、RCS等），天線參數(shù)，Z，U，I，P等
Ø SAR分布、平均SAR（Av. 1g/10g/任意 IEEE 1529）
Ø 多端口S參數(shù)計(jì)算（波導(dǎo)，微帶線等）
Ø 自動(dòng)的失效模式及后果分析（FMEA）
Ø 多個(gè)結(jié)果的比較分析
Ø 輸出時(shí)域或頻域數(shù)據(jù)（FFT、DFT），可存為 Text、Word、Excel等格式文件
Ø 數(shù)據(jù)可輸出到電路分析包，實(shí)現(xiàn)場路耦合求解
Ø 顯示結(jié)果可直接存儲(chǔ)為圖像文件
Ø 可導(dǎo)入DASY4、DASY5、iSAR的測量數(shù)據(jù)（近場、遠(yuǎn)場），直接進(jìn)行比較

5 各種復(fù)雜材料處理能力

SEMCAD有強(qiáng)大的各種復(fù)雜材料的分析能力，可分析的材料總結(jié)如下：