自己动手——让我HFSS射频和微波学习获益终生！
导读：IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers, 电气和电子工程师协会）将天线定义为：发射或接收系统中被用于辐射或接收电磁波的部分。天线的功能使它们成为任何无线通信系统中都至关重要的部分，没有天线，就没有无线通信系统。近百年来，伴随着通信系统的迅猛发展，各种各样的天线被研究出来。数十年前，如果一位工程师想要研究螺旋天线的物理结构对其的影响，那么他需要将拥有不同匝数、不同长度、不同半径等结构参数的螺旋天线加工出来，再进行不断的测试、对比研究等，可以想象，这是一个相当费时、费力的过程，并且对研究者的数学和物理功底有着超高的要求。ANSYS公司的HFSS（High Frequency Structure Simulator，高频结构仿真器）以其无与伦比的准确定、简单易懂的操作、快捷的仿真速度等成为了高频结构设计的首选。熟练掌握HFSS仿真操作已成为全国乃至全世界对电磁学、微波和天线类学生以及工程师的必备技能。将所需设计的器件在HFSS中建立出模型，再赋予其各种所需的物理条件，之后HFSS将根据用户的设置求解出该器件的S参数等。通过参数优化功能，在模型合理的情况下，用户可以视情况优化模型的各项结构参数，最终将器件优化至满足设计目标要求。以结构简单的微带天线为例，图1为一同轴线馈电的矩形微带天线，在介质板材确定的情况下，它拥有三个对天线电特性影响较大的参数：贴片宽度、长度和馈电位置。通常情况下，通过公式计算出天线的初始参数后的第一次仿真不能直接满足要求，可能工作频率会有一定的偏差等。如果没有仿真软件，那么我们需要不断的用实物来尝试，从而将天线调试到目标工作频率，但是在HFSS中，我们可以使用参数优化功能得到天线回波损耗随某一个或多个结构参数的变化趋势，例如图2所示的天线回波损耗随贴片宽度的变化：作为学习之用，合理使用仿真软件可以提升对知识的理解和吸收效率。再以矩形微带天线为例，书籍上会说这是一种定向天线，拥有6-9dBi的增益以及相当窄的阻抗带宽，通常相对带宽不到1%。或许初学者看了几遍还记不住，那为什么不尝试利用仿真软件自己动手设计一个矩形微带线线，自己研究呢？在自己动手的情况下，我们会很轻易地记住矩形微带天线的典型物理参数，但是请记住，仿真软件给你带来的不只是这些！通过图2可以发现，原来矩形贴片的宽度越大，谐振频率越低，这是我们可以总结出来的。事实上，尺寸越大，谐振频率越低，这适用于绝大部分器件，主要是由于波长与频率成反比。毫不夸张地说，通过自己动手获得这些知识或者经验，对于打算在射频、微波这条路上走下去的同学，将获益终生！作为设计以及研究之用，如前面所说，这款软件的强大让每一位从业的研究者和设计师不得不熟练掌握它各项操作。对于研究者而言，可以想象在几十年前设计一款新型的天线是会是一个大型的“头脑风暴”，你或许需要不断的理论分析，才可以得到可行的设计，之后你再加工实物、不断尝试，最终也许你会获得成功，但是也许你的某处理论分析出错，导致计算出的结构参数差距很大呢？而仿真软件可以赋予你一个模拟的加工、测试环境，在这里，你可以随心所欲地尝试，节约时间，并且不用担心花费。对于设计师而言，同样的，仿真软件可以让你不断地“试错”，你的公司或者个人将几乎不用承担多次加工和调试的风险，这些，都将由HFSS为你完成。5G通信时代对天线提出了更高的要求，由于较低频段被占用得越来越多，并且高频能提供更高的传输速度，毫米波通信成为了新时代的“宠儿”。然而，频率越高，路径损耗越大，这就需要大型天线阵提供更高的增益。显然，天线阵的设计相比于单个天线，要更复杂，那么，仿真软件的优越性就更加得以体现！毫无疑问，HFSS在未来会越来越重要。《HFSS天线仿真实例21讲》主要讲解完整的HFSS仿真各种类天线的方法包括：微带贴片天线、偶极子天线、螺旋天线、喇叭天线、天线阵、毫米波天线等等，让学员深入理解天线电特性，并掌握一套专门针对天线设计与仿真的理论、分析方法等；订阅用户可以加入我的VIP群（提供学习答疑和资料分享等服务）。
以下是我课程大纲：
最后，不论是你是一名学生，一名研究者，抑或一名设计师，HFSS都可以为让你的道路走得更加顺利！所以，此时不快马加鞭地学习，更待何时！
作者：LYZ， 仿真秀专栏作者
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