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如何學(xué)習
HFSS

微波EDA網(wǎng)(www.kiseitaix-movie.com)          李明洋



        自本人編著(zhù)的《HFSS電磁仿真設計應用詳解》和《HFSS天線(xiàn)設計》等圖書(shū)出版以來(lái),經(jīng)常收到讀者郵件詢(xún)問(wèn)如何學(xué)習HFSS,怎樣才能學(xué)好HFSS?這里在此做個(gè)簡(jiǎn)單的總結。

        一、 什么是HFSS
        對于準備學(xué)習HFSS的工程師來(lái)說(shuō),想必應該了解HFSS是什么、能夠幫助我們完成什么工作了。這里只做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。HFSS全稱(chēng)High Frequency Structure Simulator,是由原Ansoft公司開(kāi)發(fā)的一款用于三維電磁仿真設計分析的專(zhuān)業(yè)軟件。2008年,Ansoft公司被Ansys公司收購,HFSS也隨之歸于A(yíng)nsys公司,所以以前可以稱(chēng)之為Ansoft HFSS,現在稱(chēng)之為Ansys HFSS。HFSS采用電磁有限元算法,因此結果準確,主要用于設計或分析各種射頻/微波無(wú)源器件、天線(xiàn)、雷達散射截面、SAR、EMC/EMI和高速信號完整性等。

        二、學(xué)習HFSS需要哪些基礎知識
       
這個(gè)也是大家在學(xué)習HFSS之前比較關(guān)心的問(wèn)題,HFSS是一款專(zhuān)業(yè)性很強的軟件,因此肯定不會(huì )像word之類(lèi)的常用軟件一樣拿到手就會(huì )用,需要具備一定的專(zhuān)業(yè)基礎知識。用戶(hù)在學(xué)習之前需要了解的基礎知識包括:基礎微波技術(shù)知識、電磁場(chǎng)基本理論、S參數相關(guān)知識等。
當然,個(gè)人認為大家既然希望學(xué)習HFSS,肯定都是打算用來(lái)設計分析某一類(lèi)問(wèn)題,比如你是打算學(xué)習HFSS用于設計濾波器,那么濾波器的基礎知識你應該掌握了;或者你是打算學(xué)習HFSS用于設計天線(xiàn),那么天線(xiàn)的基礎知識你應該掌握了。這也就足夠了,不用再去為學(xué)習哪些基礎知識而煩惱,打開(kāi)HFSS,大膽地用起來(lái),所謂實(shí)踐出真知,在用的過(guò)程中發(fā)現某些操作或設置自己搞不明白,此時(shí)再有針對性地去看相關(guān)基礎知識,效果會(huì )更好。如果為了學(xué)習基礎知識而學(xué)習基礎知識,常常是太多東西要學(xué),不知從哪里入手了。借用耐克的一句廣告用語(yǔ):“Just do it!”
        還有一個(gè)問(wèn)題,既然HFSS使用有限元算法(FEM),那么用戶(hù)在使用HFSS之前是否需要專(zhuān)門(mén)去學(xué)習有限元算法的知識呢?我的意見(jiàn)是可以不用去學(xué)習,HFSS是把算法完全封裝起來(lái)的,用戶(hù)界面完全接觸不到,需要用戶(hù)做的只是設置幾個(gè)相關(guān)的參數,然后剩下的完全由軟件自動(dòng)完成。當然,學(xué)習過(guò)程中,用戶(hù)可以花1~2個(gè)小時(shí)的時(shí)間簡(jiǎn)單看一下電磁有限元算法是怎么回事,這樣可以有助于理解HFSS的求解設置項中一些相關(guān)參數的設置。

        三、如何學(xué)習HFSS
        接下來(lái)我們就來(lái)介紹一下大家最關(guān)心的問(wèn)題——如何學(xué)習HFSS。HFSS是一款專(zhuān)業(yè)性很強的軟件,需要經(jīng)過(guò)系統的學(xué)習才能真正掌握,那么如何學(xué)習呢?
        現在的HFSS采用標準的Windows圖形用戶(hù)界面,界面還是相當友好的,學(xué)習起來(lái)也不會(huì )太難。學(xué)習HFSS,首先要搞清楚HFSS的設計分析流程,HFSS設計流程可以歸納為:選擇求解類(lèi)型→創(chuàng )建設計模型→分配邊界條件和端口激勵→求解設置→運行仿真分析→數據后處理查看分析結果。另外在HFSS中還有一個(gè)Optimetrics模塊,使用該模塊可以實(shí)現參數化掃描分析和優(yōu)化設計。
        在剛開(kāi)始學(xué)習時(shí),大家可以先找一個(gè)例子,照貓畫(huà)虎跟著(zhù)做兩遍;或者找一套完整的視頻課程,從頭到尾看一遍;這個(gè)過(guò)程,有不懂的地方?jīng)]關(guān)系,不懂的問(wèn)題放一邊,堅持看完。剛開(kāi)始的這一過(guò)程的目標是對HFSS建立一個(gè)總體的認知并對HFSS設計流程建立簡(jiǎn)單的了解。
        對HFSS有了總體認知和簡(jiǎn)單地了解了HFSS的整個(gè)設計流程后,接下來(lái)再去認真地學(xué)習設計流程中每一步的具體操作、具體設置、并搞清楚為什么要這樣去進(jìn)行設置和操作。
        對于求解類(lèi)型,需要搞清楚Driven Modal(模式驅動(dòng)求解)、Driven Terminal(終端驅動(dòng)求解)和Eigen Mode(本征模求解)這三者的區別和適用條件。
        對于創(chuàng )建設計模型,需要熟練掌握各種原型物體的創(chuàng )建、各種建模操作——如旋轉、復制、移動(dòng)、布爾操作等的應用,以及模型材質(zhì)的添加和分配等。
        關(guān)于邊界條件和端口激勵的設置,是HFSS應用和學(xué)習的重點(diǎn)和難點(diǎn);“邊界條件決定場(chǎng)”,正確地理解和使用邊界條件是正確使用HFSS仿真分析電磁問(wèn)題的前提;HFSS中定義了多種邊界條件,大家在學(xué)習過(guò)程中必須認真的弄清楚各個(gè)邊界的定義、應用場(chǎng)合和如何正確使用。關(guān)于邊界條件的理解掌握和正確地設置和使用,需要一些電磁學(xué)方面的基礎知識。關(guān)于端口激勵的設置和使用,大家重點(diǎn)掌握波端口激勵(wave port)和集總端口激勵(lumped port)這兩種激勵類(lèi)型,這是HFSS最常用到的兩種激勵類(lèi)型,大家在學(xué)習是需要領(lǐng)會(huì )二者之間的異同點(diǎn)?傊吔鐥l件和激勵是HFSS應用中的重點(diǎn)和難點(diǎn),對于初學(xué)者,需要花更多的精力搞清楚兩方面的相關(guān)知識。
        對于求解設置,主要添加和設置求解頻率、掃頻頻率范圍、網(wǎng)格剖分操作等參數。求解頻率和掃頻頻率范圍會(huì )和實(shí)際設計相關(guān);網(wǎng)格剖分操作會(huì )設計到有限元算法的一些基本概念,了解有限元算法的基本概念,會(huì )有助于對網(wǎng)格剖分設置參數的理解。
對于數據后處理部分,主要用于查看仿真分析后的各項分析結果的,學(xué)習時(shí)大家需要搞清楚HFSS具體可以查看哪些分析結果,理解每項分析結果的含義,以及如何查看相應的分析的結果。
        最后,關(guān)于Optimetrics模塊,它是HFSS中用于優(yōu)化設計和參數掃描分析的工具,借助于Optimetrics模塊中的各項功能可以實(shí)現自動(dòng)分析設計模型參數的變化對設計模型性能的影響,并能夠在設計模型不滿(mǎn)足設計要求的情況下,找出滿(mǎn)足設計要求的模型參數。要使用Optimetrics模塊進(jìn)行參數掃描分析或者優(yōu)化設計,首先需要創(chuàng )建參數化的模型——即定義一系列的變量來(lái)表示模型的尺寸。所以關(guān)于該模塊使用的學(xué)習,不僅要學(xué)習參數掃描分析或優(yōu)化設計本身的相關(guān)設置和使用操作,還需要學(xué)習變量的定義和使用,以及參數化模型的創(chuàng )建。
        以上是HFSS學(xué)習的方向和重點(diǎn)需要掌握的內容,至于具體怎么樣才能夠數量掌握這些內容,則是需要用戶(hù)自己“多學(xué)習,多實(shí)踐”。俗話(huà)說(shuō)的話(huà)好,熟能生巧,首先找到一門(mén)教程跟著(zhù)入門(mén),然后多找些設計案例,學(xué)習別人的設計思路?傊,多學(xué)習、多實(shí)踐,總有一天,你也會(huì )成為專(zhuān)家。

        四、 HFSS學(xué)習教程推薦
        10多年前,我第一次接觸HFSS時(shí),那時(shí)相關(guān)資料簡(jiǎn)直少的可憐,網(wǎng)絡(luò )也不及現如今發(fā)達,只能靠自己對著(zhù)help文件一點(diǎn)一滴的摸索。相對于10多年前,現在大家去學(xué)習這類(lèi)專(zhuān)業(yè)軟件,已經(jīng)算是相當幸福了,網(wǎng)絡(luò )上相關(guān)資料十分豐富,大家可以直接下載學(xué)習。
        如果希望得到更專(zhuān)業(yè)的HFSS教程、更系統地學(xué)習HFSS,您可以購買(mǎi)我們編寫(xiě)出版的圖書(shū)和視頻培訓課程。視頻培訓教程,更加直觀(guān),講解的也更加清楚,尤其對于初學(xué)者,能夠更好幫助其 快速理解和掌握HFSS設計中的相關(guān)概念和操作設置。我們的編寫(xiě)出版的HFSS專(zhuān)業(yè)圖書(shū)和視頻課程,大家可以前往微波EDA官網(wǎng)(網(wǎng)址:http://www.kiseitaix-movie.com/eda/hfss.html)查看。HFSS圖書(shū)和視頻培訓課程有:
        0.  HFSS學(xué)習培訓課程套裝(全9套:7門(mén)視頻課程+2本圖書(shū))
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        五、 結束語(yǔ)
        最后,以作家葛拉威爾在《異數》一書(shū)中的一段話(huà)作為結束語(yǔ),與大家共勉,“人們眼中的天才之所以卓越非凡,并非天資超人一等,而是付出了持續不斷的努力。只要經(jīng)過(guò)1萬(wàn)小時(shí)的錘煉,任何人都能從平凡變成超凡!
 

 

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