如何学习HFSS

微波EDA网（www.mweda.com）          李明洋

        自本人编著的《HFSS电磁仿真设计应用详解》和《HFSS天线设计》等图书出版以来，经常收到读者邮件询问如何学习HFSS，怎样才能学好HFSS？这里在此做个简单的总结。

        一、 什么是HFSS
        对于准备学习HFSS的工程师来说，想必应该了解HFSS是什么、能够帮助我们完成什么工作了。这里只做个简单的介绍。HFSS全称High Frequency Structure Simulator，是由原Ansoft公司开发的一款用于三维电磁仿真设计分析的专业软件。2008年，Ansoft公司被Ansys公司收购，HFSS也随之归于Ansys公司，所以以前可以称之为Ansoft HFSS，现在称之为Ansys HFSS。HFSS采用电磁有限元算法，因此结果准确，主要用于设计或分析各种射频/微波无源器件、天线、雷达散射截面、SAR、EMC/EMI和高速信号完整性等。

        二、学习HFSS需要哪些基础知识
        这个也是大家在学习HFSS之前比较关心的问题，HFSS是一款专业性很强的软件，因此肯定不会像word之类的常用软件一样拿到手就会用，需要具备一定的专业基础知识。用户在学习之前需要了解的基础知识包括：基础微波技术知识、电磁场基本理论、S参数相关知识等。
当然，个人认为大家既然希望学习HFSS，肯定都是打算用来设计分析某一类问题，比如你是打算学习HFSS用于设计滤波器，那么滤波器的基础知识你应该掌握了；或者你是打算学习HFSS用于设计天线，那么天线的基础知识你应该掌握了。这也就足够了，不用再去为学习哪些基础知识而烦恼，打开HFSS，大胆地用起来，所谓实践出真知，在用的过程中发现某些操作或设置自己搞不明白，此时再有针对性地去看相关基础知识，效果会更好。如果为了学习基础知识而学习基础知识，常常是太多东西要学，不知从哪里入手了。借用耐克的一句广告用语：“Just do it！”
        还有一个问题，既然HFSS使用有限元算法(FEM)，那么用户在使用HFSS之前是否需要专门去学习有限元算法的知识呢？我的意见是可以不用去学习，HFSS是把算法完全封装起来的，用户界面完全接触不到，需要用户做的只是设置几个相关的参数，然后剩下的完全由软件自动完成。当然，学习过程中，用户可以花1~2个小时的时间简单看一下电磁有限元算法是怎么回事，这样可以有助于理解HFSS的求解设置项中一些相关参数的设置。

        三、如何学习HFSS
        接下来我们就来介绍一下大家最关心的问题——如何学习HFSS。HFSS是一款专业性很强的软件，需要经过系统的学习才能真正掌握，那么如何学习呢？
        现在的HFSS采用标准的Windows图形用户界面，界面还是相当友好的，学习起来也不会太难。学习HFSS，首先要搞清楚HFSS的设计分析流程，HFSS设计流程可以归纳为：选择求解类型→创建设计模型→分配边界条件和端口激励→求解设置→运行仿真分析→数据后处理查看分析结果。另外在HFSS中还有一个Optimetrics模块，使用该模块可以实现参数化扫描分析和优化设计。
        在刚开始学习时，大家可以先找一个例子，照猫画虎跟着做两遍；或者找一套完整的视频课程，从头到尾看一遍；这个过程，有不懂的地方没关系，不懂的问题放一边，坚持看完。刚开始的这一过程的目标是对HFSS建立一个总体的认知并对HFSS设计流程建立简单的了解。
        对HFSS有了总体认知和简单地了解了HFSS的整个设计流程后，接下来再去认真地学习设计流程中每一步的具体操作、具体设置、并搞清楚为什么要这样去进行设置和操作。
        对于求解类型，需要搞清楚Driven Modal（模式驱动求解）、Driven Terminal（终端驱动求解）和Eigen Mode（本征模求解）这三者的区别和适用条件。
        对于创建设计模型，需要熟练掌握各种原型物体的创建、各种建模操作——如旋转、复制、移动、布尔操作等的应用，以及模型材质的添加和分配等。
        关于边界条件和端口激励的设置，是HFSS应用和学习的重点和难点；“边界条件决定场”，正确地理解和使用边界条件是正确使用HFSS仿真分析电磁问题的前提；HFSS中定义了多种边界条件，大家在学习过程中必须认真的弄清楚各个边界的定义、应用场合和如何正确使用。关于边界条件的理解掌握和正确地设置和使用，需要一些电磁学方面的基础知识。关于端口激励的设置和使用，大家重点掌握波端口激励（wave port）和集总端口激励（lumped port）这两种激励类型，这是HFSS最常用到的两种激励类型，大家在学习是需要领会二者之间的异同点。总之边界条件和激励是HFSS应用中的重点和难点，对于初学者，需要花更多的精力搞清楚两方面的相关知识。
        对于求解设置，主要添加和设置求解频率、扫频频率范围、网格剖分操作等参数。求解频率和扫频频率范围会和实际设计相关；网格剖分操作会设计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，会有助于对网格剖分设置参数的理解。
对于数据后处理部分，主要用于查看仿真分析后的各项分析结果的，学习时大家需要搞清楚HFSS具体可以查看哪些分析结果，理解每项分析结果的含义，以及如何查看相应的分析的结果。
        最后，关于Optimetrics模块，它是HFSS中用于优化设计和参数扫描分析的工具，借助于Optimetrics模块中的各项功能可以实现自动分析设计模型参数的变化对设计模型性能的影响，并能够在设计模型不满足设计要求的情况下，找出满足设计要求的模型参数。要使用Optimetrics模块进行参数扫描分析或者优化设计，首先需要创建参数化的模型——即定义一系列的变量来表示模型的尺寸。所以关于该模块使用的学习，不仅要学习参数扫描分析或优化设计本身的相关设置和使用操作，还需要学习变量的定义和使用，以及参数化模型的创建。
        以上是HFSS学习的方向和重点需要掌握的内容，至于具体怎么样才能够数量掌握这些内容，则是需要用户自己“多学习，多实践”。俗话说的话好，熟能生巧，首先找到一门教程跟着入门，然后多找些设计案例，学习别人的设计思路。总之，多学习、多实践，总有一天，你也会成为专家。

        四、 HFSS学习教程推荐
        10多年前，我第一次接触HFSS时，那时相关资料简直少的可怜，网络也不及现如今发达，只能靠自己对着help文件一点一滴的摸索。相对于10多年前，现在大家去学习这类专业软件，已经算是相当幸福了，网络上相关资料十分丰富，大家可以直接下载学习。
        如果希望得到更专业的HFSS教程、更系统地学习HFSS，您可以购买我们编写出版的图书和视频培训课程。视频培训教程，更加直观，讲解的也更加清楚，尤其对于初学者，能够更好帮助其 快速理解和掌握HFSS设计中的相关概念和操作设置。我们的编写出版的HFSS专业图书和视频课程，大家可以前往微波EDA官网（网址：http://www.mweda.com/eda/hfss.html）查看。HFSS图书和视频培训课程有：
        0.  HFSS学习培训课程套装（全9套：7门视频课程+2本图书）
        1.  两周学会HFSS——中文视频培训课程（李明洋主讲）
        2.  HFSS微波器件仿真分析实例——中文视频培训课程（李明洋主讲）
        3.  HFSS天线设计入门——中文视频培训课程（李明洋主讲）
        4.  PCB天线设计和HFSS仿真分析实例——中文视频培训课程（李明洋主讲）
        5.  HFSS-IE仿真器应用详解和天线设计实例——中文视频培训课程（李明洋主讲）
        6.  HFSS雷达散射截面分析——中文视频培训课程（李明洋主讲）
        7.  HFSS电磁仿真应用详解——图书（李明洋编著，人民有点出版社出版）
        8.  HFSS天线设计——图书（李明洋编著，电子工业出版社出版）

        五、 结束语
        最后，以作家葛拉威尔在《异数》一书中的一段话作为结束语，与大家共勉，“人们眼中的天才之所以卓越非凡，并非天资超人一等，而是付出了持续不断的努力。只要经过1万小时的锤炼，任何人都能从平凡变成超凡。”