老猫核心内参（一）：高频仿真技能修炼纪要分享（下）

继上次分享了《高频仿真技能修炼纪要分享（上）》以后，迟迟未能将这下半段整理完成，非常抱歉。蹭着开学之前，赶紧更新，作为新学期开学的一份心意，愿我们圈电磁学人都能有一个新的开始，活到老，学到老，进阶不停步！

老猫

上半段的链接放到下面，有兴趣一阅的同学请移步：

老猫核心内参（一）：高频仿真技能修炼纪要分享（上）

4. 高频仿真软件

术业有专攻，在自己的工作能力圈内，所知所能，总是有限的。所以，对知识体系的了解，对相互之间关系的理解，往往会成为一个工程师成长路上的重要课题。

一叶障目，不见泰山，沉浸于自己的一亩三分地不能自拔，也可能成为解决问题路上的绊脚石。

这一节，重点就是尽我所能，把高频仿真有关的软件门类，以及有关的要点，分享一二，希望帮助到入门的伙伴们，建立一个整体的框架，有一个基本的了解。

4.1 电路与系统软件

不管怎样的一个系统，都是为了某一个特定功能/目的的实现而存在的。高频系统也不例外，发射机/接收机、天线、射频微波毫米波太赫兹，都是为了发射、传播、接收不同频段/不同应用的电磁波的系统。高频电路和系统，就是从总体的角度，对系统进行规划，设计，分工，实现，整合，优化的系统工程。

这方面，对辅助软件的依赖是非常高的，主要用到的几个软件包括：

• Keysight公司的ADS软件

• AWR公司的Microwave Office软件，现在已经被其他公司收购

• Ansys公司的Circuit软件，前身是Ansoft Designer软件

这个方面的学习挑战，最主要的是对高频系统架构和原理的理解，以及对软件的功能熟悉程度。仿真软件，是实现工程师设计和验证想法的手段和工具，软件一般都带有完整的电路和系统案例，帮助熟悉软件使用环境、流程和有关功能。

最重要的可能包括以下几个方面：

• 系统架构（雷达系统，5G系统）

• 电路原理与设计实现

• 电路布板（Layout）

• 与三维结构部件协同设计与仿真验证

• 有源电路设计与仿真

• 射频系统之间的干扰仿真

为了让大家对以上几个方面的内容有较为明确的对标印象，还是以本人最熟悉的Ansys平台软件为例来说明其对应关系。

近年来，Ansys在电路和系统仿真软件方面做了非常大的改变，现在的软件模块叫做Ansys Circuit，包括以前的RF option及SI  Option的功能，也就是Ansoft Designer对应的主要功能。当然，版本的更新，功能的改进和算法的提速，都是少不了的。

其系统仿真，电路原理和设计，有源电路仿真，都是Circuit的基本功能。布板设计则是转换到layout界面进行，对应到软件是HFSS 3D Layout。与三维结构部件协同，则是对应到HFSS软件，也就是Ansys一直不遗余力在推广的场路协同功能。而射频干扰仿真，对应的则是EMIT模块，现在也集成在Circuit模块中。

其实，大家在对仿真软件的理解，不要拘泥于软件厂商的模块设置。我们要做的，就是梳理清楚自己的需求，有哪些功能是工作中需要用到的，然后挨着对比，是不是能满足，而不需要按照厂商的模块，五花八门的去跟进和研究。因为，我们终究无法像他们的应用工程师那样，对产品了解那么深入和全面，也没有必要。

4.2 电磁场仿真软件

场和路，是理解电子世界的两个不同的角度。

场和路是相互关联，相互转化的。高频电磁场，一直都公认为最难学的学科之一，原因就是需要面对复杂的麦克斯韦方程组以及不同的复杂边界条件。现在，在强大而成熟的计算机辅助软件的帮助下，我们可以非常方便，非常直观的查看三维电磁场的分布，传播，变化规律，这是非常幸福的事情。

场的问题，最终都是麦克斯韦方程组的事情，所以，仿真软件也就是为了求解麦氏方程。这里会涉及到非常复杂的数值求解，也就是用计算机的方法，将物理问题，转变成数值层面可以求解的矩阵问题，最好得到我们需要的物理问题的解。

算法复杂，甚至已经成为一个专门的子学科：计算电磁学。但我们作为应用者，对算法虽然不必像研究学者一样深入的理解，但也是需要有一些基本的了解的，这样便于软件的使用和方法的选择及理解。毕竟，知其然而知其所以然，是我们需要达到的境界。

算法按照其理论出发点和基础的不同，可简单分为频域算法，时域算法，高频算法，以及混合算法四大类。后续会专门整理有关算法的部分，帮大家简单理解算法的逻辑及其适用性，这里不过多解释。

电磁场仿真软件的学习中，要快速的达到入门和熟练使用的层次，最需要关注的主要以下方面的问题：

• 软件的基本使用流程

• 边界条件与激励形式

• 界面与操作

• 后处理

• 模型要求与模型处理

• 高性能计算技术，原理，效果，设置

• 优化技术

• 效率提升方向和技能
  

值得一提的是，因为电磁场的频率不同，其传播特性和问题特定截然不同，因此，在问题的仿真求解上，也衍生出不同的技术路径。我们常说的高频电磁场，就是指其对时间变化的影响，必须考虑在内的时谐波，其算法处理是最难的。而对于静态问题，以及准静态问题，其处理思路和方法有非常大的区别。

还是拿Ansys的软件来举例说明，HFSS就是高频电磁场里面最核心的通用电磁场仿真软件。而准静态仿真软件，则主要是指Q3D软件。当然，对于层叠结构，HFSS有3D layout界面形式，还有SIwave作为PCB工具。这些工具，都属于场求解器的范畴，只是其特点和应用有所不同。

4.3 高性能计算

这是一个计算的时代，计算能力直接标志着一个国家的高科技实力。

仿真软件，对HPC的依赖可以说是与生俱来，软件和硬件的相互依赖又相互促进的关系，一直都没有改变。我们解决工程问题，也离不开二者的配合。好钢用在刀刃上，将每一分资源都用到合适的地方，用尽系统的每一分潜力，也是一个工程师实力和能力的代表。

这方面的建议主要包括两点：

• 对原理的熟悉和理解，比如DDM到底是什么意思？

  为什么可以节省资源？

• 对资源的合理配置和选择，比如多机计算时，到底是少节点数大内存配置好，还是多节点中等内存更好？

在同样的资源配置下，能算更大的问题，更复杂的问题，能更快的完成任务，对实际工程问题的价值不可低估，这也是作为工程师的核心价值的一部分。

5 可利用的资源

5.1 高校课程

这个应该是科班出身的标配了，都不是问题。如果您刚好不是科班，当然也还有机会。恶补基础课。

现在有不少很好的平台，可以提供深入浅出的课程学习，比如这个网站：https://www.icourse163.org/ ，感兴趣的可以点进去看看咯。

5.2 教材与书籍

课程学习漫长，学习起来时间成本还是挺高的，实在等不及，当然可以按照自己的节奏来。那就是选择教材和书籍自学。可根据自己工作有关的领域，选择相关性强的材料，尽快节省系统性学习的难度，缩短学习周期。

主要有以下几个方向：

• 天线

• 微波

• 铁氧体器件

• 滤波器

• 雷达

• 仿真类教材

• 仿真类案例

5.3 专业培训

仿真知识是与仿真软件密不可分的，对软件有关的知识积累和入门，接受官方专业培训或者第三方高质量的培训服务是一个非常便捷而高效的选择。这种培训，已经会聚焦在快速入门和特定领域的应用上，针对性很强，也可以与讲师互动，学习效果相比自学要好很多，也高效得多。

这里面，官方的培训教材，好的培训教材，也是非常重要的学习资料。

此外，行业内，也有很多相关的专业培训，这个不一定与仿真软件之间对应，却是非常好的背景补充方式。比如相控阵设计，滤波器设计，高强度脉冲防护等等。

5.4 论坛和网络

因特网带领我们走进了一个全新的时代，而移动互联网的蓬勃发展，让我们真正见识到颠覆性的变化。

现在，我们有太多的网络渠道去了解，去学习，去跟进最新的知识和动态，可以说，只要你想学，想要什么都能找到。

主要可以分为两个渠道，一个是传统渠道，一个是新兴渠道。这两个分别是：

• 网络论坛（微波射频网，微波仿真论坛，于非网等）

• 微 信，B站，知乎等新渠道

这里值得细说一下的是新渠道，数不胜数。可选择多了，也是一个问题，选择成本太高。Less is more，就列几个本人觉的不错的号吧，作为参考。

• 鲜枣课堂

• 老猫电磁馆

• 射频百花潭

• 微波仿真论坛

• 微波射频网

• 各仿真软件官微（Ansys，Altair，Comsol等）

5.5 行业会议

这应该算是一种非常老派的交流方式了，历史最悠久，风格最正规，内容最严肃。可以关注些重要的学术年会，以下几个是最核心的几个会议，可以提前关注一下：

• 天线年会

• 微波年会

• APS

• IME

• EDIcon

其他

不管白猫黑猫，抓到老鼠就是好猫。

是的，条条大道通罗马，问题是你要先迈开第一步，积圭步而致千里。

还可以向同行请教，听同事分享，向师傅学习。

到这里，高频仿真技能修炼有关的内容就结束了。

管中窥豹，略见一斑，供大家伙初略做个参考。

有什么好的，不好的，请大家多多指正！有你们的反馈和积极的鼓励，我才能走得更远，不断向好。

感恩，加油！