Altair2021使用评测（高频电磁）
本文基于Altair2021新版发布会以及相关软件模块的专项培训视频，结合作者的一些使用初体验，对涉及高频仿真常用的三个模块（Hypermesh、FEKO、Newfasant）的最新亮点做个简单的评测，将以更加客观的角度，阐述软件新版本中的优缺点，希望一方面为用户尽快上手新款产品提供了教程，另一方面评测中揭露的bug也可以给软件供应商的后续优化提供反馈，受限于作者专业和水平，所述如有偏颇，敬请指正，接受反驳。
作为一个电磁设计师，如何在入行后，能够始终保持学习的状态，持续进步？个人认为，按照目的和途径的不同，大致可以分为两类：一类以问题为导向，即针对科研和工作中遇到了无法解决的问题时，通过针对性的学习，伴随着问题的解决，顺带提升了能力，这一过程在时间上体现为一种集中式的的特点，在效果上则体现为一种跳跃式的特点；另一类以习惯为导向，即科研和工作中并没有什么特别棘手和超出能力范围的问题时，依然保持对专业素养和基础能力提升的学习习惯，这一过程在时间上体现为一种分布式的特点，在效果上则体现为一种渐进式的特点。前一种方式固然能让人血脉膨胀，然而后一种方式却更能决定职业生命的顽强，正如最优秀的足球运动员，我们关注的往往都是他们绿茵场最后一下的精妙射门，却不知这背后是对于枯燥的分解动作（停球、接球、运球、传球、颠球、射门等）日复一日的刻意练习。
对于行业最前沿研究动态的follow应该成为一种习惯，作为电磁CAE设计师，前沿应该包含两个方面：1）设计：通过对国内外高质量期刊杂志（比如IEEE）最新文献的阅读，始终对相关研究领域的最新动向有所把握；2）工具：电磁CAE软件（HFSS，FEKO，CST等）作为电磁设计师的工具，其每年的版本升级应该被重视，其可以帮助设计师实现和验证以往不易实现或不可能实现的设计设想，极大的提高设计师的设计效率和能力。这两项也将会后续公众更新的重要组成部分。
B站科技区，随处可见各种科技产品、软件应用的评测视频，然而，对于工业软件，受限于用户规模，此类评测视频则相对较少。作者试图每年于新版本发布会之后，结合个人使用体验，不定期发布新版本使用评测。
新版本发布会
以上视频为Altair全系软件的新版发布会，作为电磁CAEer，可以有针对的选择一些专场观看，本文将重点关注三个模块，通过发布会，可以一窥其整体优化思路与方向：
Hypermesh：更为统一的操作界面，更为流畅的操作体验以及更低的学习门槛；
FEKO：通过component library和application macro library的丰富，在基本不影响界面整体结构和冗余度的情况下，满足了更多用户的个性需求；更为高效的计算能力(MLFMM的计算效率，FEM的计算能力提高，ACA的并行计算等)
Newfasant：通过融入Altair全家桶的大UI，降低用户的使用门槛，同时在更为复杂的求解问题（如FSS天线罩求解）以及高频电磁问题的快速求解方面对FEKO形成补充。
软件安装
亮点1：全面转向的Hypermesh
电磁CAE工程师的日常大致分为这么几个阶段：设计->建模->前处理->剖分->计算->结果后处理->分析。Hypermesh作为网格处理软件，最主要的功能就是复杂模型的前处理以及优质网格的剖分。Hypermesh入门教程，往期的文章已有所述，感兴趣的可以看一下。
往期的文章主要是基于旧版本的界面展开的，旧版本的界面整体透露出浓浓的上古遗风，如同智能机时代的砖头机，即使是再上进的设计师，当怀揣着努力学好前处理的决心初次面对Hypermesh的操作界面时，都会在密密麻麻的控件面前，不由的皱起眉头，然后转身离开。作者在学习过程中，也是集中精力学习了好一段时间，方才熟悉了模型导入->前处理->剖分->网格导出几个基本操作流程，只能算是初步入门。
从2019版开始，Hypermesh正式推出了新界面，将其整合至Altair的各个仿真模块，并且统一命名为Hyperwork，用户打开Hyperwork桌面即可进行模型前处理和剖分等工作。如下图所示，新版本Hyperwork的UI主要体现了两个特点：1）统一的UI风格和逻辑，对比Hyperwork和FEKO的UI，可以看出二者的风格和逻辑几乎一样，这将会显著降低跨平台操作的学习门槛；2）图形化比列大幅提升，相较于旧版本的Hypermesh，新版本取消了底部大量的字母控件，转而以二级操作栏中的大量图形控件来代替，人机交互体验显著改善。
大家如果想要系统的学习Hyperwork使用方法，可以观看Altair官网 关于Hyperwork新界面系统培训的系列教程
前期出了一期关于Hypermesh的操作的“萌新笔记”，对于利用Hypermesh进行模型前处理->网格剖分全过程进行了系统但颇为浅显的介绍，有关复杂曲面的几何建模和前处理、网格性态检查和局部优化等相关进阶操作的介绍一直受限于糟糕的人机体验而一直没能实施，新界面的丝滑体验似乎又激起了进阶学习的热情，《Hypermesh萌新笔记（二）》可以考虑安排上了。
亮点2：更为丰富的组件库（component library）
FEKO2021版本拓展了component library模块的天线种类，包含有大量常见天线和载体平台的模型，极大的简化了天线与天线布局仿真研究中的建模过程。
模型中，标记为“A”的即为各种天线模型，左边图示实时显示选中模型的模型图、3D和2D方向图以及端口匹配情况，天线的建模尺寸可以自适应用户定义的工作频率。
模型中，标记为“P”为平台，左边图示为选中平台的模型外形，平台的建模会有一个默认的尺寸，用户如果想要修模模型尺寸，可以通过transform->scale，按使用要求，对模型尺寸进行比例缩放。
当然，也可分别将天线模型和载体平台模型 先后添加至统一工程，并通过平移、旋转等操作对天线的放置位置进行移动，实现天线布局的仿真研究。
Altair官方技术交流的视频对”天线与天线布局仿真技术“有个专题介绍，我在此就不详细展开了，有兴趣的可以观看相关培训视频：
亮点3：更为丰富的应用程序宏类库（Application macro library）
针对用户在CADfeko建模、优化以及在对POSTfeko计算结果进行后处理的需求，FEKO2021在CADfeko和POSTfeko中分别拓展了更为丰富的应用程序宏类库，极大的提高了用户在建模、优化以及计算结果后处理方面的计算效率。下面以阵列天线自动建模为例进行介绍。
针对大规模阵列天线建模时，遇到的问题往往是：单元数目多，端口多，馈电多，单元的分布形式也越来越多样化。旧版本的feko在阵列天线建模方面主要存在两个问题：1）通过手动变换（平移，旋转，镜像）的方式得到阵列往往只是一些排列规整的线阵或面阵，对于排列形式日益多样化的阵列天线，难以满足使用要求；2）单元上的端口和馈源的设置并不会随着的单元的复 制而一起复 制（然而友商HFSS早就具备这样的功能），用户必须要手动给阵列天线的每一个馈电口设置端口类型和馈电方式，这样的工作量是十分庞大，当然具备一定编程基础的设计师可以通过二次开发的手段，自动化实现端口和馈电的设置（相关方法见往期内容），但是对于不具备一定编程基础的设计师来说，这样的设定十分不友好。
FEKO2021版本中通过应用程序宏类库的方式，补齐了这一短板。如图所示，为一个天线单元，单元信息中包含了结构模型、端口设置以及馈电设置。利用generate array宏类库，对单元进行组阵。需要说明的是：
用户可以根据需要选择单元的排列形式为传统的线性/平面排列（linear/planer array），也可以通过数据读入的形式进行自定义排布（custom array），极大的降低了阵列天线建模难度，便利了设计过程。
用户可以通过按照要求，选择是否自动将建好的阵列合并（union）；是否将阵列简化处理（simplify），将模型合并后产生的一些重复的面进行删除（这个功能很nice，简化处理可以极大降低模型复杂度，减少不必要的重复面带来的计算量）；是否计算多端口S参数（S-parameter configuration）等。
如果选择简化处理（simplify），可以看到单元之间的分界线和分界面就消失了，模型的端口、端口馈源或负载（计算天线处于接收模式下的电磁特性）也一并得到了复 制。
以上只是阵列天线自动建模的一种应用程序宏的介绍，更多关于FEKO2021的CADfeko以及POSTfeko的应用程序宏类库的功能介绍，大家可以参考如下的视频以及FEKO user guide的第9章，我就不赘述了。
亮点4：Newfasant模块引入
去年Altair收购的Newfasant高频计算模块也加入了全家桶，通过最近两年Altair关于Newfasant软件的暖场视频，貌似Altair希望籍由Newfasant在一些相对小众、专业领域（天线罩快速求解，超电大目标的快速计算等）的优势，与相对通用的电磁仿真软件FEKO形成高低搭配、优势互补。
首先勾起我学习欲望的是最新版Newfasant软件针对复杂形式天线罩（多层天线罩、含有FSS的天线罩）的快速建模与高效计算的定制开发，这显然是对目前市面上通用电磁软件软件有力补充，尤其是针对含有FSS天线罩的自动建模和快速计算一直是超材料工程领域最为头疼的两个问题，以FEKO为例：1）首先，其尚不具备含FSS天线罩自动建模功能，当然，设计师可以通过二次开发的方式，在FEKO实现自动建模这一功能，但是对于单元数目在1000以内的小规模FSS天线罩），建模的速度尚可接受，但是随着单元的增加，建模速度会以肉眼可见的速度指数下降，当单元数目达到数千甚至上万时，后期的建模会让你无法直视；2）含有FSS天线罩的计算也是计算电磁领域的一大难题，一方面是电大尺寸的问题，另一方面又遍布着精细结构，高频算法针对这种含有大量精细结构的问题，无法完成精确求解，全波算法面对电大的问题，又会存在内存不够，计算量庞大，收敛性差等问题。
FEKO2021版本中的Newfasant，官方说法，可以很好的解决含FSS的天线罩建模与计算问题。
作者尝试着按照视频的操作步骤，通过step by step方式实现一个半球形的FSS天线罩进行自动建模，结果是过程的体验难言美妙，主要原因有：1）外界导入罩体模型，时常出现面缺失的bug；2）Newfasant的人机交互方面显然还较为稚嫩，操作逻辑也与FEKO有较大差异，这些都影响了作者持续探索的欲望。
Newfasant软件的人机交互方面，直观感受就是软件的UI可以用“纯朴”来形容：1）一级操作栏包含了建模->材料设置->剖分->求解设置->计算->结果查看，CAE求解的逻辑还是挺清晰明了的；2）二级操作栏以下拉菜单的形式进行展示，图形化比列较低；3）模型窗口的底面还保留了指令栏，仿真流程中还有挺多操作需要依赖于指令形式的输入。
单从UI的角度来评价，Newfasant显然是不够成熟的，其整体操作逻辑还需要和FEKO等电磁软件进一步的统一，界面的图形化比例还需要进一步提高。
简单概括一下作者对于Newfasant软件尝鲜过程中的初体验如下：
仿真流程比较清晰，与传统CAE软件无异，这方面的学习成本较低；
用户手册不够全面，对于新手学习不够友好；
材料设置的操作逻辑与传统CAE软件有些差异；
视图操作选项不够丰富，比如剖视图的查看，透明度的设置等；
使用过程中最大一个问题就是模型导入后经常会出现面丢失的bug；
界面的图形化比列还需提高，人机交互性相对较差；
目前软件在较低版本的操作系统（win7及以前）会出现打开不了的问题，同时对显示驱动要求貌似也更高，否则会出现闪退的现象。
本文依据新版发布会以及相关培训视频，结合作者的一些操作初体验，介绍了Altair全家桶中高频电磁仿真相关三个软件模块（Hypermesh，FEKO，Newfasant）的新增亮点的介绍，简单总结下来：
全面转型的Hypermesh：从砖头机进化至智能机，新界面开发方面的持续发力，UI和操作逻辑方面发生了质的改变，显著降低用户的学习门槛、提高了操作流畅度；
越发成熟的FEKO：新版本的FEKO不破坏界面整体结构的前提下，通过组件库和宏类库的持续丰富和扩展，满足了诸如天线+载体平台快速建模、阵列天线快速建模以及SAR成像方面的一些专业需求，可以看出FEKO的成长愈发成熟；
稍显稚嫩的Newfasant：刚刚加入全家桶的Newfasant在复杂结构天线罩建模、计算等特色专业领域具有较为明显的优势，但是在提高UI的图形化比例，统一操作逻辑、丰富学习资源等方面显然还需要持续改进。
