看看行业人士对电磁波与天线专业怎么评价的!

steve 发表于 2018-05-09 15:37:32 收藏 已收藏
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看看行业人士对电磁波与天线专业怎么评价的!

steve 发表于 2018-05-09 15:37:32

大学刚入学时,都说电磁场专业对数学功底要求很高,但后来发现除了计算电磁学以及几门专业课对数学要求较高,其他都是用仿真软件解决了。甚至周围很多研究生零基础上手,连最基本的电磁场也没搞懂呢,全凭着仿真软件,这是一种普遍的现象吗?  后期学习时应该怎么注意呢?

看看行业人士对电磁波与天线专业怎么评价的!

一起来看看行业人士的回答!

一、发展现状及行业门槛

从1887年赫兹用实验证明电磁波的存在至今,电磁波一直在改变着人类的生活,并且可以肯定的是,将来的很长时间内,电磁波也依然是传递信息最常用的方式,即使将来量子通信普及,也依然不会动摇电磁波在通信中举足轻重的地位。关于天线在整个通信系统中的重要性问题我是这样认为的:不可缺少,但又不是举足轻重。举个很简单的例子:一顿饭,米饭是必不可少的,没有它吃不饱,但是决定这顿饭档次的却是那些鸡鸭鱼肉。

关于电磁波与天线专业门槛的问题,我觉得应该看对哪一层次的人来说。对电磁波与天线入门者,本专业的“门槛”越来越低,因为大量的仿真软件可以解决原来好多必须依靠大量人力物力才能解决的问题。但是对于那些已经对本专业有一些了解的人,本专业的“门槛”却越来越高。所以对于资深的电磁天线专家来说,专业门槛并没有降低,非常深奥的专业问题是常用的仿真软件无法解决的,常用的软件能解决的都是皮毛的东西。好比世上的东西从来都是物以稀为贵,当一个天线所有人都可以用仿真软件解决的时候,这个天线的设计价值也就降低了。站在这个角度来看,电磁波与天线的门槛是逐渐变高的,因为基础知识领域已经没有门槛可言,门槛一直在向着更深层次的领域移动。

二、基础知识和仿真软件

关于本专业的数学功底要求,可能每个方向不大一样,但是可以肯定的是只要是这个行业,对数学功底的要求一定不低。电磁场与微波技术分为好几个小的研究方向,天线只是其中一个,对比其它几个方向,天线对数学功底的要求应该算是最低的,远不及计算电磁学。不能理解电磁领域的方程是不会对电磁波有一定深度的了解的,天线理论可以看成是电磁波理论的升华,天线理论很重要,但是大多都在天线书上,而不在基础的电磁场与电磁波书上。 可能有时候好多人会说自己一个电磁领域的公式都不懂,不是还是能做天线吗,可是他要是懂电磁领域的方程,他做天线的效率会上升一个档次。不懂电磁波的基本原理也是可以仿天线的,这个不否认,其实现在好多研究生依然停留在这个阶段,照着别人的论文上模仿别人的天线结构,但是这样仿出来的天线一般会存在以下几个问题:

(1)天线指标出了问题找不到解决方案。因为不懂原理仿出来的天线只是瞎猫碰死耗子,很多时候是凑巧,根本找不到哪个参数以哪种形式影响哪些指标。所以在天线优化的过程中只能不断的扫参数,而无法从天线最深层次解决这个问题,很多时候扫了好几天的参数才发现是自己的天线结构本身的问题。

(2)天线无法在其他频段或者用其它材料复制出来。每一个天线的辐射都有自己的辐射机理,而且所有的三维天线从理论上都可以转化成平面天线,每一种天线都可以在不同的材质上实现,所以要想用不同结构不同材质实现同一种天线,就一定要明白天线的基本辐射原理,这样才能将整个天线的设计在结构和材料上形成一个完整的体系。就好比倒F天线的设计,掌握辐射的基本原理才能知道怎样将平面的倒F天线转化成立体的倒F天线。明白了圆极化波产生的原理,才能不拘泥于天线种类和材料设计出不同类型的圆极化天线。

(3)天线无法进行更深层次的创新。很多人说天线的创新很简单,不就是开个槽,掏个洞吗。从结果上来看固然是这样,但是却不知道在哪开槽,在哪掏洞,为什么开槽,为什么掏洞,其实所有做的这些工作都是可以从最原始的理论上解释。好比圆极化天线的开槽,大家都知道开槽,但是怎么开,开多大才是关键,要想搞清楚这些东西,就必须在天线的基本原理上做文章。再者,这样的创新只是小的创新,很难将天线的性能提高一个档次。

从目前的现象来看,大量设计依靠仿真软件是不争的事实,不论是硕士生还是博士生。其实依靠软件设计天线并没有问题,可以使得天线设计更加便捷,但结果却是物极必反。造成这种现状的主要原因有以下几点。

(1)软件给大家带来很多的便利。软件给大家一种能解决一切问题的感觉,导致大家对理论知识越来越不重视。大家更愿意接受这种简单快捷的方式,好比大家都知道多走路有益健康,但还是天天挤公交地铁。

(2)科研周期太短,功利心太重。整个社会急功近利的心态也在科研工作中留下了深深的烙印。学生没有时间了解基本知识,大多数时候只是拿着已有的天线结构进行一些简单的改进,然后随便发一些论文,只求尽早达到毕业要求,而不愿意花时间和精力用心研究自己的领域。没有哪一个领域的重大突破是花一两年的时间取得的,更何况是在学科发展已经非常成熟的电磁波天线领域,而且更忧心的是学生和老师根本不可能花一两年的时间只做一件事。

(3)做天线理论不重要这句话毒害了好多刚入门的学生。这句话从之前的学长学姐传下来,可能他们想表达的初衷并不是这样,但是却造成了非常恶劣的影响。其实这句话这样解释可能更好:关于天线结构我们只能定性分析而不能定量分析,天线的性能是无法通过计算得出来的,只是定性的知道结果有偏差我们应该往哪个方向走来消除这个误差。

(4)现在的科研工作主要以做项目为主要导向。硕士期间更是如此,如果是直接需要产品转化的项目,基本上不需要大的创新,很多是将已有的论文上的东西重新实现,所以更多时候忽视了理论基础的学习。博士阶段情况会好一些,主要以论文为主,对理论知识的要求会很高。

三、给初学者的一些意见

对任何一个行业来说,入门都是很重要的,天线行业更是如此,这些非常依靠经验的技术类的知识,如果有人带着学,会事半功倍,尤其对于零基础想学天线的学生。所以这里想谈谈自己以前走过的弯路,让大家能够避开,更好的踏入天线的大门。

(1)刚开始学天线的时候必须仿真软件天线理论一起抓。很多同学的天线课程学的很好,但是却从来没有仿真过几款天线,这样下去永远学不会天线的精髓。天线的关键在于怎样更顺畅的将输入天线的能量辐射出去。所以对于所有的天线来说最基本的有两点,一是匹配,二是辐射性能,缺一不可。匹配就是要保证能量可以被输入天线,这就是平时说的S11或者阻抗带宽;辐射性能就是天线的波束宽度、方向性、电场变化方向,具体指的就是天线辐射出去的能量是否是指向一个很小的面(波束宽度),最大辐射方向上的功率密度与无方向性天线的比值(增益),辐射的方向会不会变(波束扫描),电场矢量变化的方向(极化类型)。所有的这些都是可以清晰的在仿真软件上显示出来的,初学者应该仿真基本的天线结构,将这些指标从书本上生硬的公式和仿真软件中形象的图像和数据对应起来。

(2)初学者应该找一个会天线的学长学姐指导基础的软件操作和理论。所有的初学者都会遇到的问题,遇到问题怎么都解决不了,甚至不知道问题出在哪里,这时候就需要已经犯过相同错误的学长学姐帮大家走出误区。首先应该解决的就是软件操作问题。初学者和书本上做的一模一样,但是结果却不一样,出现这种问题百分之99的原因都是软件设置,如果没有经验,是很难找到原因的,这种问题可以请教学长学姐,有可能自己几个小时没解决的问题,他们几分钟就能解决。这种研究一辈子也不会对自己的能力有什么质的提升的问题,没有必要花任何时间。

(3)当对几种基本天线有认识之后,就应该仿真论文上的天线。大家看论文上的天线会发现,和平时学的基础天线结构完全不一样。这个时候要做的就是按着论文上的仿真,不急于追求创新,因为这个阶段的创新都是瞎搞,在没有清楚的了解天线结构和性能原理之前,所有的创新都是盲目的。按着论文上的模型仿真,到一定数量的时候自然就会了解这一类型的天线。比如各种偶极子天线的变形,刚开始并不会觉得是偶极子天线,只有知道了基本原理,才能知道结构中每一个弯折的意义是什么。

(4)关于创新。以现在天线的发展趋势来看,几乎已经看不到有新的天线种类会被发明,所以要做的就是基于原有的天线进行改进。现在的创新都可以、也应该落实到基本的天线理论。好多时候看似完全不相干的两个结构其实是相同天线基础理论的体现。比如近场环天线上的交叉电容、弯折、集总电容。从本质上来说,都是形成相位超前,站在怎样实现相位超前的角度上来创新就会简单的多,这才是这几种结构被利用的共同的本质。再比如圆极化天线。所有设计的初衷都应该落实在怎样让远场的电场矢量以圆的形式变化,而不是拘泥于天线本身的形状或者用偶极子天线实现还是用螺旋天线实现。

(5)不怕犯错,多思考、多仿真。其实每一个行业每种工作都是这样,要多尝试,不怕犯错,仿真不是做实物,即使仿错了,也不会有大的损失,最多就是一些时间成本,而收获就是永远不会再犯同样的错误。遇到别人的结构,多思考为什么,多站在最底层的天线原理上去解释这个问题,而不是简单的将结构归类为开槽,掏洞,不同的天线开槽和掏洞往往会带来不同的影响,因为它们从原理上的出发点是不一样的。想到结构之后多仿真,验证可能性。即使是完美的理论,只要不能被实验证明都是不能被接受的。

以上是来自 ai雷达羊 - 微波射频爱好者 回答

作为天线设计研发人员我觉得有必要分享下自己的经历。当年做研究生论文的时候,FEKO还没有现在这么普及,仿真一个简单的偶极子都需要自己编程序,对,是用Fortran,分段求电流,自阻抗互阻抗增益方向图驻波比都得自己编程计算,一个环节搞错就得找半天,反正后面我编了一个鱼骨天线找bug就用了一个月,现在可能一小时就出结果了。大大提高了工作效率。

虽然上手容易了,但要是没有基础知识,可能无法理解模型设置的基本原则,甚至会犯低级错误,更别提优化以及大型阵列的仿真了。

以上是来自 芋头发芽节节高 天线设计师 回答 

从我接触的部分天线领域看,数学要求确实低了,过去很多简单天线需要手算,还算不准,配合大量实验件,现在只要理解基本原理就可以仿真了。但是门槛低不低就不一定了,因为现在天线复杂了,工作环境也复杂了。

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