產品概述,產品簡介,產品背景,參考客戶,功能套用,各類單元天線的仿真設計,各類天線陣列的仿真設計,載體天線布局的仿真分析,微波射頻器件仿真分析,電磁兼容問題分析,生物電磁效應分析,特殊材料分析,光子晶體分析,功能特點,求解電大尺寸精細結構效率高,並行求解能力強,硬體加速能力強,寬頻瞬態求解能力強,模擬各種複雜材料,高效建模能力,支持各種 CAD 模型導入,強大的後處理能力,自定義腳本功能,支持豐富激勵源,運行環境和配置,總結,
產品概述
產品簡介
FDTD 方法計算複雜度低，所需記憶體和計算時間與未知量成正比，仿真電大尺寸複雜精細結構效率高。此外，通過GPU 硬體加速，可以將仿真速度提升50~300 倍，是工業上第一款支持MPI 並行仿真的平台。
XFdtd廣泛套用於天線及陣列、天線布局、微波器件、電磁兼容、生物電磁、特殊材料、光子晶體等領域。
XFdtd軟體目前最新版本為7.7.1.1 (2018年5月)。
XFdtd 典型套用場景產品背景
XFdtd 是 REMCOM 軟體包核心產品之一，該軟體包是美國 REMCOM 公司開發的一套集電磁數值計算方法 FDTD（時域有限差分法），UTD（一致性繞射理論），GTD（幾何繞射理論），SBR/ER（射線跟蹤模型）的三維電磁仿真軟體包，包括 XFdtd，XGtd，Wireless InSite，RLD 等產品，分別完成電小尺寸，電大尺寸目標系統，複雜電磁環境，專業羅特曼透鏡設計等的電磁計算仿真分析。
從1994年發布第一個版本以來，該軟體包廣泛套用於各種科研、工業設計、軍工生產等方面。XFdtd 在天線設計、輻射散射分析、電磁兼容分析等領域具有獨特的優勢。
關於REMCOM
REMCOM受美國軍方資助，開發了一系列電磁仿真軟體產品，包括XFDTD、XGTD、Wireless Insite、RLD，分別針對不同層面提供電磁仿真解決方案。REMCOM產品一直套用於美國軍方，多次獲得美國軍方頒發的最佳企業合作獎等殊榮，並且基於公司的研發能力，REMCOM的產品在同類產品中一直處於領先地位。
參考客戶
REMCOM 軟體包在全球有超過1000家客戶，廣泛分布於航空、航天、船舶、車輛與軌道交通、電子與電信等多個領域。
企業
大唐移動通信設備有限公司
美國摩托羅拉
美國英特爾
思科系統
西門子
北電網路
波音商業飛行器公司.
波音衛星系統公司
洛克西德馬丁公司
美國雷神公司（Raytheon）
通用 India
NEC Japan
RADAR MMS/Pulse
Systems (俄羅斯)
政府部門
國內眾多研究所
NASA Marshall Space Flight Center
NASA Langley
Naval Air Warfare Center
Naval Surface Warfare Center
Air Force Research Lab
Brooks Air Force Base
FAA
FDA
Defence Research
US Army CECOM
US Geological Survey
Japan Defense Agency
大學
清華大學
北京理工大學
北方工業大學
浙江大學
香港大學
香港城市大學
廈門大學
史丹福大學
哈佛大學
伯明罕大學
奧克蘭大學
濱州大學
佛羅里達大學
功能套用
XFdtd 主要套用領域包括：
§ 各類單元天線的仿真設計：手機天線、WLAN 天線、基站單元天線、分集天線、汽車玻璃天線、車載桿狀天線等；
§ 各種載體的天線布局：手機、筆記本、汽車等；
§ 微波器件：濾波器、功分器、耦合器、環流器等；
§ 電磁兼容：禁止、耦合、接地、封裝等；
§ 生物電磁效應：由行動電話、無線區域網路、電台、車載天線等引起的SAR，核磁共振成像設計，FCC 認可的醫療植入通訊服務（MICS）等；
§ 散射分析：雷達散射截面、近場危害等；
§ 特殊材料：非線性、色散、負指數和各向異性材料等；
§ 光波導傳播特性等光學研究；
§ 地質學和逆散射；
§ 電漿；
§ 雷電、高強度電磁脈衝等。
各類單元天線的仿真設計
XFdtd 採用共形格線技術，可以高效快速的建模及仿真單元微帶貼片天線、手機天線、基站天線、WLAN天線、分集天線以及汽車玻璃天線等。
各類天線陣列的仿真設計
XFdtd 解決電大尺寸複雜精細結構陣列時所需要的硬體資源相對較少，且能夠靈活改變陣列天線饋電連線埠的激勵幅度和相位，實現相控陣天線的仿真和最佳化。
XFdtd 可以仿真模擬出陣列天線的所有參數，如有源駐波比、陣元之間的互耦、2D 和3D 輻射及散射方向圖、瞬態和穩態近場分布等。
載體天線布局的仿真分析
XFdtd 可以對天線安裝在載體上的特性進行預測。由於手機、通訊設備、車輛等載體或周邊環境對天線的近場有較大影響，可能導致天線遠場特性有較大畸變。通過XFdtd 提前進行預測，省去大量外場試驗的時間及經費。
XFdtd 可以預測載體上多天線之間的耦合。由於手機、通訊設備、車輛等載體上通常搭載多副天線，天線之間相互干擾嚴重，採用 XFdtd 提前預測天線之間的耦合，並對天線位置進行最佳化，可以降低近頻天線之間的干擾。
微波射頻器件仿真分析
XFdtd 可以仿真各種微波射頻器件，如連線器、功分器、耦合器、循環器、濾波器等。
電磁兼容問題分析
Fdtd 使用體剖分，用相應獨立的位元組存儲每個空間格線的材料特性，特別適合仿真各種特殊的電或磁性材料、吸波材料、左手介質、電漿、各向異性材料、色散材料、磁性鐵氧體、非線性各向異性電介質、不同半徑的各種導線等。XFdtd 在電磁兼容方面有諸多套用，可分析設備級電磁兼容和電磁干擾問題，如機箱的禁止效能、線纜的抗干擾能力、電子設備的封裝特性等。
生物電磁效應分析
生物電磁效應計算方面，XFdtd 是第一個具有 SAR 計算能力的商業 FDTD 電磁求解器，遵循 ANSI/IEEE C95.3:2002 標準，可以計算1克SAR、10克SAR、整體平均SAR和局部峰值SAR，XFdtd 計算的平均 SAR 值遵循 IEEE/ICES 1528.1標準。XFdtd 計算結果和 IEEE 1528-2003 標準測量結果非常一致。
XFdtd 協同人體模型動作編輯工具VariPose，可以考察人體不同姿態對天線輻射性能等電磁特性的影響。
特殊材料分析
XFdtd 使用體剖分，用相應獨立的位元組存儲每個空間格線的材料特性，特別適合仿真各種特殊的電或磁性材料、吸波材料、左手介質、電漿、各向異性材料、色散材料、磁性鐵氧體、非線性各向異性電介質、不同半徑的各種導線等。
光子晶體分析
FDTD 算法非常靈活，廣泛套用於光子晶體領域，能仿真分析光波導傳播特性、光子晶體的透射率和反射率、光譜分析、電漿的注入和損耗等。
功能特點
求解電大尺寸精細結構效率高
FDTD方法的仿真時間和記憶體與未知量成線性關係，仿真時所需硬體資源相對較少，因此XFdtd 適合解決電大尺寸複雜精細結構問題，如電大尺寸的陣列天線、天線布局等。表格1基站天線陣.
並行求解能力強
XFdtd 是全球第一款支持並行 MPI 的電磁仿真軟體。FDTD 的算法特性保證 XFdtd 並行效率特別高。
硬體加速能力強
解決電大尺寸複雜精細結構問題時需要大量格線，即使計算複雜度最低的 XFdtd 也需要大量計算時間。對於天線布局問題，天線的位置、幾何結構參數、材料參數等都可能是不確定的，需要進行多次仿真對比，仿真進程嚴重受限於運算速度。在實際工程項目中，如何縮短仿真周期，提高工作效率，在最短時間內給出工程上合理的仿真結果直接決定項目的成敗。XStream 利用最先進的圖形顯示卡技術，動態地改變處理速度，實現了基於串列浮點運算中的現代電子圖形卡的GPU 計算功能，能顯著提高 XFdtd 運算速度。新一代XStream 採用NVIDIA CUDA 架構的GPU，根據工程大小和 GPU 配置的不同，計算速度比 64位的單CPU 快 50~300 倍。
寬頻瞬態求解能力強
XFdtd 基於時域算法，採用脈衝激勵，一次計算獲得整個寬頻段結果，適合計算寬頻瞬態回響。
模擬各種複雜材料
XFdtd 使用體剖分，用相應獨立的位元組存儲每個空間格線的材料特性，特別適合仿真各種特殊的電或磁性材料、吸波材料、左手介質、電漿、各向異性材料、色散材料、磁性鐵氧體、非線性各向異性電介質、不同半徑的各種導線等。
高效建模能力
XFdtd 具有簡單、高效的建模工具，通過模型編輯器，可以建立基本的三維實體模型、二維模型，通過複製、移動、縮放、旋轉、布爾等操作進行複雜形狀的組合，建模過程會保存對模型的操作歷史，方便進行撤銷操作。使用 XFdtd 自帶的模型編輯器，可以創建任意模型。
支持各種 CAD 模型導入
強大的後處理能力
XFdtd 後處理功能非常強大：
§ 提供二維場、電流顯示，三維穩態表面電流顯示，二維 SAR 值顯示，還可以將瞬態場強記錄下來，生成動畫，便於工程師交流；
§ 提供近場、電流隨時間的變化，阻抗、S 參數隨頻率的變化，天線方向圖、電壓駐波比（VSWR）、輻射效率等，能對瞬態結果進行快速傅立葉變換；
§ 電場分布圖可真實再現平面電磁場分布狀態，幫助工程師觀察器件的振盪情況，找到耦合關係等；
§ 互動顯示歷史仿真記錄，保存每次仿真結果，專門的結果瀏覽器查看不同工程的不同次仿真結果，當歷史仿真結果過多時，過濾和查找功能輔助快速查找仿真結果；
§ 基於滑鼠的結果圖表導航功能，可以通過滑鼠滾軸來控制縮放，即使是大數據量的圖表結果，顯示效果也非常流暢；
§ 仿真過程自動更新結果顯示，方便實時查看；
§ 通過多種智慧型選項自定義圖表顯示結果，包含 4 種（水平、垂直、十字、點）標記方式，結果可導出為數據和圖片。
自定義腳本功能
XFdtd 提供強大的API，允許用戶自定義功能特性：
§ Function Scripts ；
§ Macro Scripts ；
§ Full featured Script Editor 。
支持豐富激勵源
XFdtd 支持三種不同的信號源：離散源、平面波、高斯柱，可以滿足不同套用需要，如使用離散源來激勵天線，使用平面波激勵來計算近場特性；可以模擬各種激勵波形：高斯脈衝、高斯微分脈衝、高斯調製脈衝、正弦波、自定義波形等；可以模擬各種連線埠特性：帶有串、並聯RLC 的電壓、電流源，非線性電容，可程式設定開關，二極體，無源RLC 負載等。
運行環境和配置
XFdtd 支持如下作業系統：
§ Microsoft Windows XP、Vista 和 Win7，支持32和 64位版本；
§ Red Hat Enterprise Linux 5或其他系列版本，支持32和 64位版本；
§ Mac: OS X 10.5 (Leopard) 或更高版本。
系統硬體最低要求：
§ 1GB記憶體，推薦使用2GB (或更多) ；
§ 1024 x 768顯示解析度(1280 x 1024 或更高)；
§ ATI Radeon 7500 或 nVidia GeForce 4 或更高性能顯示卡；
§ 250 MB硬碟空間用於安裝軟體；
§ 300 MB 以上硬碟空間用於安裝案例檔案。
總結
§ XFdtd 是最好的基於 FDTD 方法全波三維電磁場仿真軟體；
§ 廣泛套用於天線及陣列、天線布局、微波器件、電磁兼容、生物電磁、特殊材料、光子晶體等領域；
§ 非常適合仿真寬頻、瞬態、複雜精細結構天線及陣列、天線布局、生物電磁效應；
§ 瞬態寬頻處理能力強、求解電大尺寸複雜精細結構效率高、適合併行、易處理各種材料；
§ GPU 硬體加速達 50~300 倍、OpenMP 和 MPI 並行性能卓越；
§ 界面友好、建模方便、後處理能力強。
