如何學(xué)習(xí)HFSS

微波EDA網(wǎng)（kaiqijixie.cn）          李明洋

        自本人編著的《HFSS電磁仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用詳解》和《HFSS天線設(shè)計(jì)》等圖書(shū)出版以來(lái)，經(jīng)常收到讀者郵件詢問(wèn)如何學(xué)習(xí)HFSS，怎樣才能學(xué)好HFSS？這里在此做個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)。

        一、 什么是HFSS
        對(duì)于準(zhǔn)備學(xué)習(xí)HFSS的工程師來(lái)說(shuō)，想必應(yīng)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(shè)計(jì)分析的專(zhuān)業(yè)軟件。2008年，Ansoft公司被Ansys公司收購(gòu)，HFSS也隨之歸于Ansys公司，所以以前可以稱(chēng)之為Ansoft HFSS，現(xiàn)在稱(chēng)之為Ansys HFSS。HFSS采用電磁有限元算法，因此結(jié)果準(zhǔn)確，主要用于設(shè)計(jì)或分析各種射頻/微波無(wú)源器件、天線、雷達(dá)散射截面、SAR、EMC/EMI和高速信號(hào)完整性等。

        二、學(xué)習(xí)HFSS需要哪些基礎(chǔ)知識(shí)
        這個(gè)也是大家在學(xué)習(xí)HFSS之前比較關(guān)心的問(wèn)題，HFSS是一款專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)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(chǔ)知識(shí)。用戶在學(xué)習(xí)之前需要了解的基礎(chǔ)知識(shí)包括：基礎(chǔ)微波技術(shù)知識(shí)、電磁場(chǎng)基本理論、S參數(shù)相關(guān)知識(shí)等。
當(dāng)然，個(gè)人認(rèn)為大家既然希望學(xué)習(xí)HFSS，肯定都是打算用來(lái)設(shè)計(jì)分析某一類(lèi)問(wèn)題，比如你是打算學(xué)習(xí)HFSS用于設(shè)計(jì)濾波器，那么濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)你應(yīng)該掌握了；或者你是打算學(xué)習(xí)HFSS用于設(shè)計(jì)天線，那么天線的基礎(chǔ)知識(shí)你應(yīng)該掌握了。這也就足夠了，不用再去為學(xué)習(xí)哪些基礎(chǔ)知識(shí)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(xiàn)某些操作或設(shè)置自己搞不明白，此時(shí)再有針對(duì)性地去看相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，效果會(huì)更好。如果為了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)而學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，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)，那么用戶在使用HFSS之前是否需要專(zhuān)門(mén)去學(xué)習(xí)有限元算法的知識(shí)呢？我的意見(jiàn)是可以不用去學(xué)習(xí)，HFSS是把算法完全封裝起來(lái)的，用戶界面完全接觸不到，需要用戶做的只是設(shè)置幾個(gè)相關(guān)的參數(shù)，然后剩下的完全由軟件自動(dòng)完成。當(dāng)然，學(xué)習(xí)過(guò)程中，用戶可以花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(shè)置項(xiàng)中一些相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

        三、如何學(xué)習(xí)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(xí)HFSS。HFSS是一款專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的軟件，需要經(jīng)過(guò)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(biāo)準(zhǔn)的Windows圖形用戶界面，界面還是相當(dāng)友好的，學(xué)習(xí)起來(lái)也不會(huì)太難。學(xué)習(xí)HFSS，首先要搞清楚HFSS的設(shè)計(jì)分析流程，HFSS設(shè)計(jì)流程可以歸納為：選擇求解類(lèi)型→創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型→分配邊界條件和端口激勵(lì)→求解設(shè)置→運(yùn)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(gè)Optimetrics模塊，使用該模塊可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化掃描分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
        在剛開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)，大家可以先找一個(gè)例子，照貓畫(huà)虎跟著做兩遍；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(jiān)持看完。剛開(kāi)始的這一過(guò)程的目標(biāo)是對(duì)HFSS建立一個(gè)總體的認(rèn)知并對(duì)HFSS設(shè)計(jì)流程建立簡(jiǎn)單的了解。
        對(duì)HFSS有了總體認(rèn)知和簡(jiǎn)單地了解了HFSS的整個(gè)設(shè)計(jì)流程后，接下來(lái)再去認(rèn)真地學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)置和操作。
        對(duì)于求解類(lèi)型，需要搞清楚Driven Modal（模式驅(qū)動(dòng)求解）、Driven Terminal（終端驅(qū)動(dòng)求解）和Eigen Mode（本征模求解）這三者的區(qū)別和適用條件。
        對(duì)于創(chuàng)建設(shè)計(jì)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(dòng)、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(lì)的設(shè)置，是HFSS應(yīng)用和學(xué)習(xí)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(xí)過(guò)程中必須認(rèn)真的弄清楚各個(gè)邊界的定義、應(yīng)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(shè)置和使用，需要一些電磁學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。關(guān)于端口激勵(lì)的設(shè)置和使用，大家重點(diǎn)掌握波端口激勵(lì)（wave port）和集總端口激勵(lì)（lumped port）這兩種激勵(lì)類(lèi)型，這是HFSS最常用到的兩種激勵(lì)類(lèi)型，大家在學(xué)習(xí)是需要領(lǐng)會(huì)二者之間的異同點(diǎn)。總之邊界條件和激勵(lì)是HFSS應(yīng)用中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)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(shí)。
        對(duì)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(huì)和實(shí)際設(shè)計(jì)相關(guān)；網(wǎng)格剖分操作會(huì)設(shè)計(jì)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(duì)網(wǎng)格剖分設(shè)置參數(shù)的理解。
對(duì)于數(shù)據(jù)后處理部分，主要用于查看仿真分析后的各項(xiàng)分析結(jié)果的，學(xué)習(xí)時(shí)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(xiàng)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(jì)和參數(shù)掃描分析的工具，借助于Optimetrics模塊中的各項(xiàng)功能可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析設(shè)計(jì)模型參數(shù)的變化對(duì)設(shè)計(jì)模型性能的影響，并能夠在設(shè)計(jì)模型不滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，找出滿足設(shè)計(jì)要求的模型參數(shù)。要使用Optimetrics模塊進(jìn)行參數(shù)掃描分析或者優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先需要?jiǎng)?chuàng)建參數(shù)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(xí)，不僅要學(xué)習(xí)參數(shù)掃描分析或優(yōu)化設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shí)踐”。俗話說(shuō)的話好，熟能生巧，首先找到一門(mén)教程跟著入門(mén)，然后多找些設(shè)計(jì)案例，學(xué)習(xí)別人的設(shè)計(jì)思路。總之，多學(xué)習(xí)、多實(shí)踐，總有一天，你也會(huì)成為專(zhuān)家。

        四、 HFSS學(xué)習(xí)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(xiàn)如今發(fā)達(dá)，只能靠自己對(duì)著help文件一點(diǎn)一滴的摸索。相對(duì)于10多年前，現(xiàn)在大家去學(xué)習(xí)這類(lèi)專(zhuān)業(yè)軟件，已經(jīng)算是相當(dāng)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(xí)。
        如果希望得到更專(zhuān)業(yè)的HFSS教程、更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)HFSS，您可以購(gòu)買(mǎi)我們編寫(xiě)出版的圖書(shū)和視頻培訓(xùn)課程。視頻培訓(xùn)教程，更加直觀，講解的也更加清楚，尤其對(duì)于初學(xué)者，能夠更好幫助其 快速理解和掌握HFSS設(shè)計(jì)中的相關(guān)概念和操作設(shè)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://kaiqijixie.cn/eda/hfss.html）查看。HFSS圖書(shū)和視頻培訓(xùn)課程有：
        0.  HFSS學(xué)習(xí)培訓(xùn)課程套裝（全9套：7門(mén)視頻課程+2本圖書(shū)）
        1.  兩周學(xué)會(huì)HFSS——中文視頻培訓(xùn)課程（李明洋主講）
        2.  HFSS微波器件仿真分析實(shí)例——中文視頻培訓(xùn)課程（李明洋主講）
        3.  HFSS天線設(shè)計(jì)入門(mén)——中文視頻培訓(xùn)課程（李明洋主講）
        4.  PCB天線設(shè)計(jì)和HFSS仿真分析實(shí)例——中文視頻培訓(xùn)課程（李明洋主講）
        5.  HFSS-IE仿真器應(yīng)用詳解和天線設(shè)計(jì)實(shí)例——中文視頻培訓(xùn)課程（李明洋主講）
        6.  HFSS雷達(dá)散射截面分析——中文視頻培訓(xùn)課程（李明洋主講）
        7.  HFSS電磁仿真應(yīng)用詳解——圖書(shū)（李明洋編著，人民有點(diǎn)出版社出版）
        8.  HFSS天線設(shè)計(jì)——圖書(shū)（李明洋編著，電子工業(yè)出版社出版）

        五、 結(jié)束語(yǔ)
        最后，以作家葛拉威爾在《異數(shù)》一書(shū)中的一段話作為結(jié)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(xù)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。”