如何學習HFSS
微波EDA網(wǎng)(m.qoerio.com) 李明洋
自本人編著的《HFSS電磁仿真設計應用詳解》和《HFSS天線設計》等圖書出版以來,經(jīng)常收到讀者郵件詢問如何學習HFSS,怎樣才能學好HFSS?這里在此做個簡單的總結。
一、 什么是HFSS 對于準備學習HFSS的工程師來說,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,因此結果準確,主要用于設計或分析各種射頻/微波無源器件、天線、雷達散射截面、SAR、EMC/EMI和高速信號完整性等。
二、學習HFSS需要哪些基礎知識 這個也是大家在學習HFSS之前比較關心的問題,HFSS是一款專業(yè)性很強的軟件,因此肯定不會像word之類的常用軟件一樣拿到手就會用,需要具備一定的專業(yè)基礎知識。用戶在學習之前需要了解的基礎知識包括:基礎微波技術知識、電磁場基本理論、S參數(shù)相關知識等。 當然,個人認為大家既然希望學習HFSS,肯定都是打算用來設計分析某一類問題,比如你是打算學習HFSS用于設計濾波器,那么濾波器的基礎知識你應該掌握了;或者你是打算學習HFSS用于設計天線,那么天線的基礎知識你應該掌握了。這也就足夠了,不用再去為學習哪些基礎知識而煩惱,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)某些操作或設置自己搞不明白,此時再有針對性地去看相關基礎知識,效果會更好。如果為了學習基礎知識而學習基礎知識,常常是太多東西要學,不知從哪里入手了。借用耐克的一句廣告用語:“Just do it!” 還有一個問題,既然HFSS使用有限元算法(FEM),那么用戶在使用HFSS之前是否需要專門去學習有限元算法的知識呢?我的意見是可以不用去學習,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置幾個相關的參數(shù),然后剩下的完全由軟件自動完成。當然,學習過程中,用戶可以花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,這樣可以有助于理解HFSS的求解設置項中一些相關參數(shù)的設置。
三、如何學習HFSS 接下來我們就來介紹一下大家最關心的問題——如何學習HFSS。HFSS是一款專業(yè)性很強的軟件,需要經(jīng)過系統(tǒng)的學習才能真正掌握,那么如何學習呢? 現(xiàn)在的HFSS采用標準的Windows圖形用戶界面,界面還是相當友好的,學習起來也不會太難。學習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(shù)據(jù)后處理查看分析結果。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)化設計。 在剛開始學習時,大家可以先找一個例子,照貓畫虎跟著做兩遍;或者找一套完整的視頻課程,從頭到尾看一遍;這個過程,有不懂的地方?jīng)]關系,不懂的問題放一邊,堅持看完。剛開始的這一過程的目標是對HFSS建立一個總體的認知并對HFSS設計流程建立簡單的了解。 對HFSS有了總體認知和簡單地了解了HFSS的整個設計流程后,接下來再去認真地學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行設置和操作。 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、布爾操作等的應用,以及模型材質(zhì)的添加和分配等。 關于邊界條件和端口激勵的設置,是HFSS應用和學習的重點和難點;“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,大家在學習過程中必須認真的弄清楚各個邊界的定義、應用場合和如何正確使用。關于邊界條件的理解掌握和正確地設置和使用,需要一些電磁學方面的基礎知識。關于端口激勵的設置和使用,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,大家在學習是需要領會二者之間的異同點?傊吔鐥l件和激勵是HFSS應用中的重點和難點,對于初學者,需要花更多的精力搞清楚兩方面的相關知識。 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(shù)。求解頻率和掃頻頻率范圍會和實際設計相關;網(wǎng)格剖分操作會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,會有助于對網(wǎng)格剖分設置參數(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果的,學習時大家需要搞清楚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,關于Optimetrics模塊,它是HFSS中用于優(yōu)化設計和參數(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)自動分析設計模型參數(shù)的變化對設計模型性能的影響,并能夠在設計模型不滿足設計要求的情況下,找出滿足設計要求的模型參數(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。所以關于該模塊使用的學習,不僅要學習參數(shù)掃描分析或優(yōu)化設計本身的相關設置和使用操作,還需要學習變量的定義和使用,以及參數(shù)化模型的創(chuàng)建。 以上是HFSS學習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“多學習,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,然后多找些設計案例,學習別人的設計思路?傊,多學習、多實踐,總有一天,你也會成為專家。
四、 HFSS學習教程推薦 10多年前,我第一次接觸HFSS時,那時相關資料簡直少的可憐,網(wǎng)絡也不及現(xiàn)如今發(fā)達,只能靠自己對著help文件一點一滴的摸索。相對于10多年前,現(xiàn)在大家去學習這類專業(yè)軟件,已經(jīng)算是相當幸福了,網(wǎng)絡上相關資料十分豐富,大家可以直接下載學習。 如果希望得到更專業(yè)的HFSS教程、更系統(tǒng)地學習HFSS,您可以購買我們編寫出版的圖書和視頻培訓課程。視頻培訓教程,更加直觀,講解的也更加清楚,尤其對于初學者,能夠更好幫助其 快速理解和掌握HFSS設計中的相關概念和操作設置。我們的編寫出版的HFSS專業(yè)圖書和視頻課程,大家可以前往微波EDA官網(wǎng)(網(wǎng)址:http://m.qoerio.com/eda/hfss.html)查看。HFSS圖書和視頻培訓課程有: 0. HFSS學習培訓課程套裝(全9套:7門視頻課程+2本圖書) 1. 兩周學會HFSS——中文視頻培訓課程(李明洋主講) 2. HFSS微波器件仿真分析實例——中文視頻培訓課程(李明洋主講) 3. HFSS天線設計入門——中文視頻培訓課程(李明洋主講) 4. PCB天線設計和HFSS仿真分析實例——中文視頻培訓課程(李明洋主講) 5. HFSS-IE仿真器應用詳解和天線設計實例——中文視頻培訓課程(李明洋主講) 6. HFSS雷達散射截面分析——中文視頻培訓課程(李明洋主講) 7. HFSS電磁仿真應用詳解——圖書(李明洋編著,人民有點出版社出版) 8. HFSS天線設計——圖書(李明洋編著,電子工業(yè)出版社出版)
五、 結束語 最后,以作家葛拉威爾在《異數(shù)》一書中的一段話作為結束語,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1萬小時的錘煉,任何人都能從平凡變成超凡!
|