如何學習HFSS

微波EDA網（www.tanchuguo.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公司開發的一款用于三維電磁仿真設計分析的專業軟件。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，在用的過程中發現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，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是一款專業性很強的軟件，需要經過系統的學習才能真正掌握，那么如何學習呢？
        現在的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Optimetrics模塊，使用該模塊可以實現參數化掃描分析和優化設計。
        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，有不懂的地方沒關系，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（模式驅動求解）、Driven Terminal（終端驅動求解）和Eigen Mode（本征模求解）這三者的區別和適用條件。
        對于創建設計模型，需要熟練掌握各種原型物體的創建、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�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、網格剖分操作等參數。求解頻率和掃頻頻率范圍會和實際設計相關；網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現自動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足設計要求的情況下，找出滿足設計要求的模型參數。要使用Optimetrics模塊進行參數掃描分析或者優化設計，首先需要創建參數化的模型——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，不僅要學習參數掃描分析或優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，以及參數化模型的創建。
        以上是HFSS學習的方向和重點需要掌握的內容，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，網絡也不及現如今發達，只能靠自己對著help文件一點一滴的摸索。相對于10多年前，現在大家去學習這類專業軟件，已經算是相當幸福了，網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的HFSS教程、更系統地學習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專業圖書和視頻課程，大家可以前往微波EDA官網（網址：http://www.tanchuguo.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，電子工業出版社出版）

        五、 結束語
        最后，以作家葛拉威爾在《異數》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，而是付出了持續不斷的努力。只要經過1萬小時的錘煉，任何人都能從平凡變成超凡。”