如何學(xué)習(xí)HFSS電磁仿真設(shè)計

什么是HFSS，HFSS能做什么？

對于準備學(xué)習(xí)HFSS的工程師來說，想必已經(jīng)了解了HFSS是什么、HFSS能夠幫助我們完成什么工作。這里只做個簡單的介紹。HFSS全稱High Frequency Structure Simulator，是由原Ansoft公司開發(fā)的一款用于三維電磁仿真設(shè)計分析的專業(yè)軟件。2008年，Ansoft公司被Ansys公司收購，HFSS也隨之歸于Ansys公司，所以以前可以稱之為Ansoft HFSS，現(xiàn)在稱之為Ansys HFSS。HFSS采用電磁有限元算法，分析結(jié)果準確，可以用于設(shè)計或分析各種射頻/微波無源器件、天線、天線陣、雷達散射截面（RCS）、SAR、EMC/EMI和高速信號完整性等領(lǐng)域。

學(xué)習(xí)HFSS需要了解哪些專業(yè)基礎(chǔ)知識？

這個也是大家在學(xué)習(xí)HFSS時比較關(guān)心的問題，HFSS是一款專業(yè)性很強的軟件，因此肯定不會像word之類的辦公軟件一樣拿到手就會用，需要具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識。用戶在學(xué)習(xí)之前需要了解像基礎(chǔ)的微波技術(shù)知識、基本的電磁場理論、以及S參數(shù)定義和使用等基礎(chǔ)的專業(yè)知識。

當(dāng)然，大家既然希望學(xué)習(xí)HFSS，那么肯定是需要用來設(shè)計分析某一類問題。比如，學(xué)習(xí)HFSS用于設(shè)計濾波器，那么濾波器的基礎(chǔ)知識你應(yīng)該掌握；或者學(xué)習(xí)HFSS用于設(shè)計天線，那么天線的基礎(chǔ)知識你應(yīng)該掌握；這也就足夠了。不用再去為學(xué)習(xí)哪些基礎(chǔ)知識而煩惱，打開HFSS，大膽地用起來，所謂實踐出真知，在用的過程中發(fā)現(xiàn)某些操作或設(shè)置自己搞不明白，此時再有針對性地去看相關(guān)基礎(chǔ)知識，效果會更好。如果為了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識而學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，常常是有太多東西要學(xué)，而不知從哪里入手了。

還有一個問題，既然HFSS使用有限元算法(FEM)，那么用戶在學(xué)習(xí)HFSS之前是否需要專門去學(xué)習(xí)有限元算法的知識呢？我的建議是可以不用去專門學(xué)習(xí)。HFSS是把算法完全封裝起來的，用戶界面完全接觸不到，需要用戶做的只是設(shè)置幾個相關(guān)的參數(shù)，然后剩下的工作完全由軟件自動完成。當(dāng)然，學(xué)習(xí)過程中，你可以花1~2個小時的時間簡單看一下電磁有限元算法是怎么回事，這樣有助于理解HFSS的求解設(shè)置項中一些相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

如何更好地學(xué)習(xí)掌握HFSS

接下來我們就來介紹一下大家最關(guān)心的問題——如何學(xué)習(xí)掌握HFSS。HFSS是一款專業(yè)性很強的軟件，需要經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)才能真正掌握，那么如何學(xué)習(xí)呢？

現(xiàn)在的HFSS采用標準的Windows圖形用戶界面，界面還是相當(dāng)友好的，學(xué)習(xí)起來也不會太難。學(xué)習(xí)HFSS，首先要搞清楚HFSS的設(shè)計分析流程，HFSS設(shè)計流程可以歸納為：選擇求解類型→創(chuàng)建設(shè)計模型→分配邊界條件和端口激勵→求解設(shè)置→運行仿真分析→數(shù)據(jù)后處理查看分析結(jié)果。另外在HFSS中還有一個Optimetrics模塊，使用該模塊可以實現(xiàn)參數(shù)化掃描分析和優(yōu)化設(shè)計。

在剛開始學(xué)習(xí)時，大家可以先找一個例子，照貓畫虎跟著做兩遍；對于初學(xué)者，推薦學(xué)習(xí)我們的HFSS視頻培訓(xùn)課程，把視頻課程從頭到尾看一遍；看的過程中，有不懂的地方?jīng)]關(guān)系，不懂的問題放一邊，堅持先看完一遍。剛開始看一遍或者照貓畫虎跟著做一遍的目標是對HFSS建立一個總體的認知并對HFSS設(shè)計流程建立簡單的了解。對HFSS有了總體認知并了解了HFSS的設(shè)計流程后，接下來再從頭跟著培訓(xùn)教程認真地學(xué)習(xí)設(shè)計流程中每一步的具體操作、具體設(shè)置，并搞清楚為什么要這樣去進行設(shè)置和操作。

對于求解類型，需要搞清楚Driven Modal（模式驅(qū)動求解）、Driven Terminal（終端驅(qū)動求解）和Eigen Mode（本征模求解）這三者的區(qū)別和適用條件。

對于創(chuàng)建設(shè)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(zhuǎn)、復(fù)制、移動、布爾操作等的應(yīng)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(shè)置，是HFSS應(yīng)用和學(xué)習(xí)的重點和難點；“邊界條件決定場”，正確地理解和使用邊界條件是正確使用HFSS仿真分析電磁問題的前提；HFSS中定義了多種邊界條件，大家在學(xué)習(xí)過程中必須認真的弄清楚各個邊界的定義、應(yīng)用場合和如何正確使用。關(guān)于邊界條件的理解掌握和正確地設(shè)置和使用，需要一些電磁學(xué)方面的基礎(chǔ)知識。關(guān)于端口激勵的設(shè)置和使用，大家重點掌握波端口激勵（wave port）和集總端口激勵（lumped port）這兩種激勵類型，這是HFSS最常用到的兩種激勵類型，大家在學(xué)習(xí)是需要領(lǐng)會二者之間的異同點?？傊吔鐥l件和激勵是HFSS應(yīng)用中的重點和難點，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(shè)置，主要添加和設(shè)置求解頻率、掃頻頻率范圍、網(wǎng)格剖分操作等參數(shù)。求解頻率和掃頻頻率范圍會和實際設(shè)計相關(guān)；網(wǎng)格剖分操作會設(shè)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，會有助于對網(wǎng)格剖分設(shè)置參數(shù)的理解。

對于數(shù)據(jù)后處理部分，主要用于查看仿真分析后的各項分析結(jié)果的，學(xué)習(xí)時大家需要搞清楚HFSS具體可以查看哪些分析結(jié)果，理解每項分析結(jié)果的含義，以及如何查看相應(yīng)的分析的結(jié)果。

最后，關(guān)于Optimetrics模塊，它是HFSS中用于優(yōu)化設(shè)計和參數(shù)掃描分析的工具，借助于Optimetrics模塊中的各項功能可以實現(xiàn)自動分析設(shè)計模型參數(shù)的變化對設(shè)計模型性能的影響，并能夠在設(shè)計模型不滿足設(shè)計要求的情況下，找出滿足設(shè)計要求的模型參數(shù)。要使用Optimetrics模塊進行參數(shù)掃描分析或者優(yōu)化設(shè)計，首先需要創(chuàng)建參數(shù)化的模型——即定義一系列的變量來表示模型的尺寸。所以關(guān)于該模塊使用的學(xué)習(xí)，不僅要學(xué)習(xí)參數(shù)掃描分析或優(yōu)化設(shè)計本身的相關(guān)設(shè)置和使用操作，還需要學(xué)習(xí)變量的定義和使用，以及參數(shù)化模型的創(chuàng)建。

以上是HFSS學(xué)習(xí)的方向和重點需要掌握的內(nèi)容，至于具體怎么樣才能夠數(shù)量掌握這些內(nèi)容，則是需要用戶自己“多學(xué)習(xí)，多實踐”。俗話說的話好，熟能生巧，首先找到一門教程跟著入門，然后多找些設(shè)計案例，學(xué)習(xí)別人的設(shè)計思路?？傊?，多學(xué)習(xí)、多實踐，總有一天，你也會成為專家。