射频微波-高频仿真技能修炼纪要分享（下）-电子发烧友网

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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。