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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(zhuǎn)、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。總之邊界條件和激勵是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鄬W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�！�