高频电磁仿真软件的选型和评估

软件评估报告，选型对比报告，年年要，年年写，每次都是扣脑壳拼拼凑凑，痛苦，有木有？

好吧，为了帮到有这样需求的各位攻城狮们，这里梳理一下，来一个“全面而专业”的软件评估和软件选型的“标准模型”，专业又全面，客观又公正，一看就是正经的，在老板面前，也可以挺直腰杆，说话硬气了。

来吧，从评估流程说起。

仿真软件采购评估一般流程

决策流程牵涉到企业的方方面面，但大同小异，总体来说，会包括以下几个阶段：

市场分析

选择参评的软件厂商

调整和细化评估模型

市场研究

软件评估

发布报告市场分析选择分析的目标市场，基于新技术发布的趋势和用户需要了解的市场变化，帮助客户规划，投资决策。

选择参评的软件厂商软件评估不是要评估市场上所有同类软件，而是进行聚焦。根据市场份额、客户数量、装机数量、产品类型活其他定义的特征来选择候选厂商。

调整和细化评估模型根据评估框架和待评软件类别定义合适的评估指标和权重。

市场研究举行多种市场研究活动，比如：1.厂商演示和介绍；2. 与厂商推荐的客户进行座谈；3. 与最终客户进行访谈；4. 分析社交媒体上的评论或反馈。

软件评估采用评估模型，对软件进行全面评估，整理和分析评估数据。

发布报告根据评估的数据和结果编写分析报告。

仿真软件评估的三个维度

目前，市面上商用仿真软件门类繁多，要了解所有的软件，几乎是不可能的，简直比看懂巨额保险条款还难。那么，这里就不纠结于细枝末节了，而聚焦在主要矛盾上，怎么分类，怎么衡量，怎么考察？

简单的来说，按照应用领域来分，仿真软件可分为两大类：

通用仿真软件，如ANSYS的系列专业软件，奥泰尔的系列专业软件；

专用仿真软件，如隐身设计仿真软件，冶金成型仿真软件等。专用仿真软件由于应用面小，具有非常大的针对性，在易用性和模板化程度方面，往往更讨喜。而工程设计中，灵活性和软件的潜能开发，也是极其重要的方面。通用仿真软件由于其良好的可开拓价值，成熟的底层算法和架构，更全面的资源利用和可持续性，在仿真软件市场上，具有绝对核心的市场地位。

这里讨论的仿真软件评估模型，主要针对通用仿真软件，这样的比较和评测更具有实际价值。

通用软件需要面对各种各样的仿真场景，不同的场景，所关注的功能以及功能的要求也不同，所以，在评估和对比的时候，就需要根据不同的场景做相应的调整，最好能有量化的评估结果。

评估模型可从三个主要的维度进行：

能不能？（功能点）

好不好？（成熟度）

具体场景需求功能是否满足？（应用场景）A. 功能点

此维度，主要在于考察软件是否具备最通用最基本的交互、计算、优化以及后处理方面的功能。这些功能往往是仿真应用中最为基础，最为入门的需求，直接关系到软件在实际工程仿真中能不能成功应用，以及应用的效率和效果。

简单的说，主要有以下几个方面：

前处理，这部分功能主要包括，界面是否易用，是否成熟，是否高效，是否美观

是否具备模型处理功能，是否可以实现模型的导入，修复，简化等仿真必须功能

是否支持材料属性的定义，比如频变材料，温变材料，各向异性材料，是否具有材料库等与材料有关的功能

软件是否具备网格剖分的功能，是否可手动划分网格，是否支持网格剖分加速求解器，这部分功能主要包括，

求解器所采用的算法是否成熟

是否有多种算法，比如频域算法体系的有限元算法，积分方程算法，是否具备加速方法，比如多层快速多极子算法，

是否具备时域算法功能

是否具备本征模及特征模求解功能

是否具有微放电求解功能

求解的核心逻辑以及精度保证策略如何扫参及优化，这部分功能主要包括，

是否具备参数扫描功能

是否具备多参数优化功能

是否具备与第三方优化器（如Matlab）联合优化的能力

是否具备敏感度分析功能

是否具备数值实验（DOE）功能后处理，这部分主要包括

以上列举的只是最基本的核心部分，有没有所需要的功能，直接关系到软件是否能用于实际工程问题，所以尤为重要。当然，实际评估中，还需要根据单位自身的业务情况，重点考察与业务直接相关的具体功能点。

后处理结果提取，包括端口参数（SYZ参数）提取

场数据提取功能，如近场，远场提取功能

变激励条件下，提取结果的重复计算代价

后处理的效率提升和模板定义，如脚本化后处理

特定领域的功能，如5G终端天线的CDF曲线，RCS领域的ISAR成像等B. 成熟度

这部分，主要价值在于基本功能满足之后，择优软件以提高效率和效果。当今社会，工程研发领域的竞争日趋残酷，本质上是一场与时间赛跑的游戏，容不得懈怠和应付。

主要可从以下几个方面来考虑评估：

精度

我们研究问题，不管用什么样的方式方法，都是一种对客观存在的认识和表达，比如用科学公式，用仪器仪表，用比对试纸，还是用仿真软件，比对的标准，都是实验结果。所以，精度问题是一个相对问题，只有更好，没有最好。凡事必有代价，需要取舍的是在可承受的代价范围内，获取更为科学的有实际价值的结果。

对于仿真软件的精度来说，本质上，是一个数值逼近的过程，从几何模型的离散化，到基函数定义，到矩阵构建，到矩阵方程的求解，每一步都是一次数学上的近似，方法的适用性总是存在这样那样的局限性，因此，对于使用者来说，最需要关注的问题是，软件用什么样的策略，来达到精度和速度方面的平衡，以及如何规避软件算法本身的局限性。

比如，为了降低对使用人员的依赖性，可采用软件自适应迭代的方式，用数值收敛的方式来强迫软件达到数值上的精度可信度。大家都知道，这是Ansoft公司软件采用的核心技术，该公司于2008年被ANSYS公司全资收购。

效率

时间就是金钱，如何能算得更快更准永远是仿真工程师，尤其是仿真软件的研发工程师们追求的目标。

其一是采用好的算法，优化算法实现的代码；其二是提高并行规模和并行效率，比如多核并行，跨节点并行，多层级并行算法，GPU加速，云计算平台支持等有关功能。

当然，还有其三，就是应用工程师对问题进行合理简化，加速计算过程的同时，把精度控制在合理范围内。不过这一点是跟人有关的，我们选择购买软件的时候，可以把这一点单列。通常情况下，不能要求应用工程师都是大师级的应用专家，即便是，大师如果把精力更多的集中在设计本身，一定更加有价值。

易用性

再好的核心算法，也需要好的用户交互方式，达到人机合一，高效完成任务。这部分的影响因素，一是软件的总体框架，二是软件的使用界面。

扩展性

软件不可能做到无所不包，穷尽所有可能的功能。所以，软件需要具备一定的开放性，用于弥补本身功能的局限。所以软件最好能够具备开放的接口，具备二次开发的支持，具备多学科，多软件的协同功能。

美观度

软件的美观度虽然是仁者见仁智者见智的事情，不过对于使用者来说，其实也是不容忽视的一个方面。巨丑无比的界面，如果不是不可替代，谁还会继续坚持用下去呢？

市场认可度

跟买车一样，保有量少的车，后期的维护费用，配件供给，服务，都难以为继，仿真软件门槛高，对开发公司的实力要求极高，而公司的运营完全依赖于市场的营业额，很难想象，一个小众软件，经过若干年的市场优胜劣汰之后，还能保持健康的维护升级和更新。而没有升级和更新的软件产品，就如同Windows xp在微软宣布不再维护以后，如同一个弃儿，逃不掉自生自灭的命运。

市场认可度主要从三个方面来看，一是用户基数，二是基数支持的实力，三是在用户群里的口碑指数。C. 应用场景

不同的应用场景，所关注的具体功能和需求也是有差别的，这个维度主要是针对具体的应用领域，提出一些特定的功能需求和考察项目。

以高频电磁场仿真软件为例，其应用场景主要可分为如下一些种类：

1.常规天线

这个领域是高频的经典应用领域，相对难度最小，最成熟，也是最考验软件基础实力的领域。主要关注的关键技术包括：

端口类型，端口定义

共形建模和仿真

叠层建模和仿真

天线匹配结构设计与优化

边界的模拟条件2.阵列天线

相控阵是炙手可热的高频应用场景，也是军工和5G为代表的高科技领域最为核心的技术之一，技术难度最大，最受关注，也最能体现软件的综合实力。主要关注的关键技术包括：

天线库与天线单元

快速阵列建模能力

大型阵列天线快速计算能力

相控阵快速扫描能力

相控阵辐射特性快速评估

平面叠层结构阵列天线

馈电网络与阵列一体化设计和仿真能力

阵列可靠性仿真能力及有关的扩展性3. 终端天线

在5G，IoT蓬勃发展的今天，终端作为极其重要又数量最为众多的一个部分，市场空间最大最分散，目标体积最小最灵活多样，对阵列天线的设计要求也越高。在毫米波频段，更加需要特别考察有关的关键技术，包括：

天线模型贴附功能，解决共形建模问题

场路协同功能，解决封装天线问题（Aip）

场路协同功能，解决天线匹配调谐问题

特征模功能

头、手模型对天线性能影响

头、身体、SAR仿真

终端产品整机仿真能力，包括复杂模型网格剖分，模块化建模，频变材料，高性能计算，分布式扫参功能

平面叠层结构的建模和仿真能力4. 天线罩

天线罩作为一个特定的类别，其问题特征很明显，就是模型复杂度高，尤其是带FSS的天线罩，主要需要特别考察的功能包括：

天线罩建模能力，天线-天线罩一体化建模能力，以及依据材料特性的建模，设计和优化能力

FSS设计建模能力

FSS天线罩的建模和仿真能力，包括共形建模功能，复杂网格剖分功能，大规模计算能力

大规模计算和优化能力5. 目标特性

电磁隐身属于专用领域的关注问题，一般用于军工，随着ADAS，目标感知等新兴技术的使用，在民用领域也具有一定的应用前景。需要关注的主要功能包括：

复杂模型建模和预处理能力，包括

模型导入，简化，修复能力

复杂模型的网格剖分能力

目标表面反射特性建模能力

涂层模拟及优化能力

腔体目标的仿真计算能力

天线等强辐射结构的RCS仿真能力超电大计算能力，主要考察超电大问题的算法，以及 高性能计算的支持规模和并行加速效果

后处理功能，主要包括ISAR，Range-Doppler成像，以及Rang Profile成像功能6. 微波电路与器件

该应用场景属于经典应用领域，虽然在早期发展阶段，仿真技术就是基于这部分应用而进行的，到今天，还依然有不少较为挑战的问题。需要关注的主要技术功能包括：

模型复用能力，如部件建模，部件装配，模型加密共享等现代化协作式研发所需要的功能

有源和无源部件协同仿真能力

设计探索功能，包括伴随求导，实时调谐，参数扫描，自动优化，敏感度分析，以及数值实验等新兴技术的使用

多层平面结构的建模和仿真能力

可靠性仿真能力，如跨学科问题，电热耦合等问题7. 无线电总体

这个应用领域主要包括航电，OEM车厂，基站，各种多功能终端，载车，船舶等的无线电总体部门关注的多射频系统问题，属于比较专门的应用领域。主要需要考察的技术包括：

系统链路的建模和模拟能力，如指标分配，裕量设计

系统可靠性，电-热-结构方面的耦合问题

共址干扰，天线布局仿真能力

射频系统干扰问题的模拟和仿真能力8. 汽车电子

汽车电子作为一个单独的领域，主要是由于近年来的自动辅助驾驶技术（ADAS）的发展以及智能网联汽车（v2X）技术的发展，值得将目光单独聚焦到新兴汽车电子这个专门的领域，来考虑以下这个方面所需要的关键技术。主要包括：

8. 其他应用场景

电磁场和电磁波是现代电子系统中非常核心的应用支撑，所以高频电磁场的问题五花八门，无法一一穷尽，这里列举了主要的一些场景，供大家参考，限于能力所限，未触及的部分，欢迎大家多多提意见，如果能帮到行业里面有类似需求的朋友，将是莫大的荣幸。

车载天线设计

整车环境下天线性能仿真能力

整车系统级抗干扰问题模拟能力，包括天线建模，与供应链协作仿真能力（知识产权保护），整车电磁兼容抗干扰仿真能力

ADAS系统毫米波雷达仿真能力，包括

道路、地形及建筑物模拟

车辆动态场景模拟

雷达参数定义

时域场景仿真能力

多普勒效应分析V2X系统仿真能力，包括

天线及天线系统

射频通道与射频干扰

物理信道建模能力

动态场景模拟能力结语

限于知识和眼界，无法做到面面俱到，但求从应用者的角度出发，为应用工程师们抛砖引玉，将高频仿真软件的选型和评估对比的有关因素罗列一二，希望帮到有需要的朋友们。

群众的眼睛是雪亮的，欢迎任何建议和意见，接受一切合理的批评和指正！