大學(xué)剛?cè)雽W(xué)時(shí)，都說(shuō)電磁場(chǎng)專(zhuān)業(yè)對(duì)數(shù)學(xué)功底要求很高，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)除了計(jì)算電磁學(xué)以及幾門(mén)專(zhuān)業(yè)課對(duì)數(shù)學(xué)要求較高，其他都是用仿真軟件解決了。甚至周?chē)芏嘌芯可?a target="_blank">零基礎(chǔ)上手，連最基本的電磁場(chǎng)也沒(méi)搞懂呢，全憑著仿真軟件，這是一種普遍的現(xiàn)象嗎？ 后期學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該怎么注意呢？

一起來(lái)看看行業(yè)人士的回答！

一、發(fā)展現(xiàn)狀及行業(yè)門(mén)檻

從1887年赫茲用實(shí)驗(yàn)證明電磁波的存在至今，電磁波一直在改變著人類(lèi)的生活，并且可以肯定的是，將來(lái)的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，電磁波也依然是傳遞信息最常用的方式，即使將來(lái)量子通信普及，也依然不會(huì)動(dòng)搖電磁波在通信中舉足輕重的地位。關(guān)于天線在整個(gè)通信系統(tǒng)中的重要性問(wèn)題我是這樣認(rèn)為的：不可缺少，但又不是舉足輕重。舉個(gè)很簡(jiǎn)單的例子：一頓飯，米飯是必不可少的，沒(méi)有它吃不飽，但是決定這頓飯檔次的卻是那些雞鴨魚(yú)肉。

關(guān)于電磁波與天線專(zhuān)業(yè)門(mén)檻的問(wèn)題，我覺(jué)得應(yīng)該看對(duì)哪一層次的人來(lái)說(shuō)。對(duì)電磁波與天線入門(mén)者，本專(zhuān)業(yè)的“門(mén)檻”越來(lái)越低，因?yàn)榇罅康姆抡孳浖梢越鉀Q原來(lái)好多必須依靠大量人力物力才能解決的問(wèn)題。但是對(duì)于那些已經(jīng)對(duì)本專(zhuān)業(yè)有一些了解的人，本專(zhuān)業(yè)的“門(mén)檻”卻越來(lái)越高。所以對(duì)于資深的電磁天線專(zhuān)家來(lái)說(shuō)，專(zhuān)業(yè)門(mén)檻并沒(méi)有降低，非常深?yuàn)W的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題是常用的仿真軟件無(wú)法解決的，常用的軟件能解決的都是皮毛的東西。好比世上的東西從來(lái)都是物以稀為貴，當(dāng)一個(gè)天線所有人都可以用仿真軟件解決的時(shí)候，這個(gè)天線的設(shè)計(jì)價(jià)值也就降低了。站在這個(gè)角度來(lái)看，電磁波與天線的門(mén)檻是逐漸變高的，因?yàn)榛A(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域已經(jīng)沒(méi)有門(mén)檻可言，門(mén)檻一直在向著更深層次的領(lǐng)域移動(dòng)。

二、基礎(chǔ)知識(shí)和仿真軟件

關(guān)于本專(zhuān)業(yè)的數(shù)學(xué)功底要求，可能每個(gè)方向不大一樣，但是可以肯定的是只要是這個(gè)行業(yè)，對(duì)數(shù)學(xué)功底的要求一定不低。電磁場(chǎng)與微波技術(shù)分為好幾個(gè)小的研究方向，天線只是其中一個(gè)，對(duì)比其它幾個(gè)方向，天線對(duì)數(shù)學(xué)功底的要求應(yīng)該算是最低的，遠(yuǎn)不及計(jì)算電磁學(xué)。不能理解電磁領(lǐng)域的方程是不會(huì)對(duì)電磁波有一定深度的了解的，天線理論可以看成是電磁波理論的升華，天線理論很重要，但是大多都在天線書(shū)上，而不在基礎(chǔ)的電磁場(chǎng)與電磁波書(shū)上。 可能有時(shí)候好多人會(huì)說(shuō)自己一個(gè)電磁領(lǐng)域的公式都不懂，不是還是能做天線嗎，可是他要是懂電磁領(lǐng)域的方程，他做天線的效率會(huì)上升一個(gè)檔次。不懂電磁波的基本原理也是可以仿天線的，這個(gè)不否認(rèn)，其實(shí)現(xiàn)在好多研究生依然停留在這個(gè)階段，照著別人的論文上模仿別人的天線結(jié)構(gòu)，但是這樣仿出來(lái)的天線一般會(huì)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）天線指標(biāo)出了問(wèn)題找不到解決方案。因?yàn)椴欢矸鲁鰜?lái)的天線只是瞎貓碰死耗子，很多時(shí)候是湊巧，根本找不到哪個(gè)參數(shù)以哪種形式影響哪些指標(biāo)。所以在天線優(yōu)化的過(guò)程中只能不斷的掃參數(shù)，而無(wú)法從天線最深層次解決這個(gè)問(wèn)題，很多時(shí)候掃了好幾天的參數(shù)才發(fā)現(xiàn)是自己的天線結(jié)構(gòu)本身的問(wèn)題。

（2）天線無(wú)法在其他頻段或者用其它材料復(fù)制出來(lái)。每一個(gè)天線的輻射都有自己的輻射機(jī)理，而且所有的三維天線從理論上都可以轉(zhuǎn)化成平面天線，每一種天線都可以在不同的材質(zhì)上實(shí)現(xiàn)，所以要想用不同結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)實(shí)現(xiàn)同一種天線，就一定要明白天線的基本輻射原理，這樣才能將整個(gè)天線的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)和材料上形成一個(gè)完整的體系。就好比倒F天線的設(shè)計(jì)，掌握輻射的基本原理才能知道怎樣將平面的倒F天線轉(zhuǎn)化成立體的倒F天線。明白了圓極化波產(chǎn)生的原理，才能不拘泥于天線種類(lèi)和材料設(shè)計(jì)出不同類(lèi)型的圓極化天線。

（3）天線無(wú)法進(jìn)行更深層次的創(chuàng)新。很多人說(shuō)天線的創(chuàng)新很簡(jiǎn)單，不就是開(kāi)個(gè)槽，掏個(gè)洞嗎。從結(jié)果上來(lái)看固然是這樣，但是卻不知道在哪開(kāi)槽，在哪掏洞，為什么開(kāi)槽，為什么掏洞，其實(shí)所有做的這些工作都是可以從最原始的理論上解釋。好比圓極化天線的開(kāi)槽，大家都知道開(kāi)槽，但是怎么開(kāi)，開(kāi)多大才是關(guān)鍵，要想搞清楚這些東西，就必須在天線的基本原理上做文章。再者，這樣的創(chuàng)新只是小的創(chuàng)新，很難將天線的性能提高一個(gè)檔次。

從目前的現(xiàn)象來(lái)看，大量設(shè)計(jì)依靠仿真軟件是不爭(zhēng)的事實(shí)，不論是碩士生還是博士生。其實(shí)依靠軟件設(shè)計(jì)天線并沒(méi)有問(wèn)題，可以使得天線設(shè)計(jì)更加便捷，但結(jié)果卻是物極必反。造成這種現(xiàn)狀的主要原因有以下幾點(diǎn)。

（1）軟件給大家?guī)?lái)很多的便利。軟件給大家一種能解決一切問(wèn)題的感覺(jué)，導(dǎo)致大家對(duì)理論知識(shí)越來(lái)越不重視。大家更愿意接受這種簡(jiǎn)單快捷的方式，好比大家都知道多走路有益健康，但還是天天擠公交地鐵。

（2）科研周期太短，功利心太重。整個(gè)社會(huì)急功近利的心態(tài)也在科研工作中留下了深深的烙印。學(xué)生沒(méi)有時(shí)間了解基本知識(shí)，大多數(shù)時(shí)候只是拿著已有的天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的改進(jìn)，然后隨便發(fā)一些論文，只求盡早達(dá)到畢業(yè)要求，而不愿意花時(shí)間和精力用心研究自己的領(lǐng)域。沒(méi)有哪一個(gè)領(lǐng)域的重大突破是花一兩年的時(shí)間取得的，更何況是在學(xué)科發(fā)展已經(jīng)非常成熟的電磁波天線領(lǐng)域，而且更憂心的是學(xué)生和老師根本不可能花一兩年的時(shí)間只做一件事。

（3）做天線理論不重要這句話毒害了好多剛?cè)腴T(mén)的學(xué)生。這句話從之前的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐傳下來(lái)，可能他們想表達(dá)的初衷并不是這樣，但是卻造成了非常惡劣的影響。其實(shí)這句話這樣解釋可能更好：關(guān)于天線結(jié)構(gòu)我們只能定性分析而不能定量分析，天線的性能是無(wú)法通過(guò)計(jì)算得出來(lái)的，只是定性的知道結(jié)果有偏差我們應(yīng)該往哪個(gè)方向走來(lái)消除這個(gè)誤差。

（4）現(xiàn)在的科研工作主要以做項(xiàng)目為主要導(dǎo)向。碩士期間更是如此，如果是直接需要產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的項(xiàng)目，基本上不需要大的創(chuàng)新，很多是將已有的論文上的東西重新實(shí)現(xiàn)，所以更多時(shí)候忽視了理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)。博士階段情況會(huì)好一些，主要以論文為主，對(duì)理論知識(shí)的要求會(huì)很高。

三、給初學(xué)者的一些意見(jiàn)

對(duì)任何一個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，入門(mén)都是很重要的，天線行業(yè)更是如此，這些非常依靠經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)類(lèi)的知識(shí)，如果有人帶著學(xué)，會(huì)事半功倍，尤其對(duì)于零基礎(chǔ)想學(xué)天線的學(xué)生。所以這里想談?wù)勛约阂郧白哌^(guò)的彎路，讓大家能夠避開(kāi)，更好的踏入天線的大門(mén)。

（1）剛開(kāi)始學(xué)天線的時(shí)候必須仿真軟件天線理論一起抓。很多同學(xué)的天線課程學(xué)的很好，但是卻從來(lái)沒(méi)有仿真過(guò)幾款天線，這樣下去永遠(yuǎn)學(xué)不會(huì)天線的精髓。天線的關(guān)鍵在于怎樣更順暢的將輸入天線的能量輻射出去。所以對(duì)于所有的天線來(lái)說(shuō)最基本的有兩點(diǎn)，一是匹配，二是輻射性能，缺一不可。匹配就是要保證能量可以被輸入天線，這就是平時(shí)說(shuō)的S11或者阻抗帶寬；輻射性能就是天線的波束寬度、方向性、電場(chǎng)變化方向，具體指的就是天線輻射出去的能量是否是指向一個(gè)很小的面（波束寬度），最大輻射方向上的功率密度與無(wú)方向性天線的比值（增益），輻射的方向會(huì)不會(huì)變（波束掃描），電場(chǎng)矢量變化的方向（極化類(lèi)型）。所有的這些都是可以清晰的在仿真軟件上顯示出來(lái)的，初學(xué)者應(yīng)該仿真基本的天線結(jié)構(gòu)，將這些指標(biāo)從書(shū)本上生硬的公式和仿真軟件中形象的圖像和數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來(lái)。

（2）初學(xué)者應(yīng)該找一個(gè)會(huì)天線的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐指導(dǎo)基礎(chǔ)的軟件操作和理論。所有的初學(xué)者都會(huì)遇到的問(wèn)題，遇到問(wèn)題怎么都解決不了，甚至不知道問(wèn)題出在哪里，這時(shí)候就需要已經(jīng)犯過(guò)相同錯(cuò)誤的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐幫大家走出誤區(qū)。首先應(yīng)該解決的就是軟件操作問(wèn)題。初學(xué)者和書(shū)本上做的一模一樣，但是結(jié)果卻不一樣，出現(xiàn)這種問(wèn)題百分之99的原因都是軟件設(shè)置，如果沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，是很難找到原因的，這種問(wèn)題可以請(qǐng)教學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐，有可能自己幾個(gè)小時(shí)沒(méi)解決的問(wèn)題，他們幾分鐘就能解決。這種研究一輩子也不會(huì)對(duì)自己的能力有什么質(zhì)的提升的問(wèn)題，沒(méi)有必要花任何時(shí)間。

（3）當(dāng)對(duì)幾種基本天線有認(rèn)識(shí)之后，就應(yīng)該仿真論文上的天線。大家看論文上的天線會(huì)發(fā)現(xiàn)，和平時(shí)學(xué)的基礎(chǔ)天線結(jié)構(gòu)完全不一樣。這個(gè)時(shí)候要做的就是按著論文上的仿真，不急于追求創(chuàng)新，因?yàn)檫@個(gè)階段的創(chuàng)新都是瞎搞，在沒(méi)有清楚的了解天線結(jié)構(gòu)和性能原理之前，所有的創(chuàng)新都是盲目的。按著論文上的模型仿真，到一定數(shù)量的時(shí)候自然就會(huì)了解這一類(lèi)型的天線。比如各種偶極子天線的變形，剛開(kāi)始并不會(huì)覺(jué)得是偶極子天線，只有知道了基本原理，才能知道結(jié)構(gòu)中每一個(gè)彎折的意義是什么。

（4）關(guān)于創(chuàng)新。以現(xiàn)在天線的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，幾乎已經(jīng)看不到有新的天線種類(lèi)會(huì)被發(fā)明，所以要做的就是基于原有的天線進(jìn)行改進(jìn)?，F(xiàn)在的創(chuàng)新都可以、也應(yīng)該落實(shí)到基本的天線理論。好多時(shí)候看似完全不相干的兩個(gè)結(jié)構(gòu)其實(shí)是相同天線基礎(chǔ)理論的體現(xiàn)。比如近場(chǎng)環(huán)天線上的交叉電容、彎折、集總電容。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，都是形成相位超前，站在怎樣實(shí)現(xiàn)相位超前的角度上來(lái)創(chuàng)新就會(huì)簡(jiǎn)單的多，這才是這幾種結(jié)構(gòu)被利用的共同的本質(zhì)。再比如圓極化天線。所有設(shè)計(jì)的初衷都應(yīng)該落實(shí)在怎樣讓遠(yuǎn)場(chǎng)的電場(chǎng)矢量以圓的形式變化，而不是拘泥于天線本身的形狀或者用偶極子天線實(shí)現(xiàn)還是用螺旋天線實(shí)現(xiàn)。

（5）不怕犯錯(cuò)，多思考、多仿真。其實(shí)每一個(gè)行業(yè)每種工作都是這樣，要多嘗試，不怕犯錯(cuò)，仿真不是做實(shí)物，即使仿錯(cuò)了，也不會(huì)有大的損失，最多就是一些時(shí)間成本，而收獲就是永遠(yuǎn)不會(huì)再犯同樣的錯(cuò)誤。遇到別人的結(jié)構(gòu)，多思考為什么，多站在最底層的天線原理上去解釋這個(gè)問(wèn)題，而不是簡(jiǎn)單的將結(jié)構(gòu)歸類(lèi)為開(kāi)槽，掏洞，不同的天線開(kāi)槽和掏洞往往會(huì)帶來(lái)不同的影響，因?yàn)樗鼈儚脑砩系某霭l(fā)點(diǎn)是不一樣的。想到結(jié)構(gòu)之后多仿真，驗(yàn)證可能性。即使是完美的理論，只要不能被實(shí)驗(yàn)證明都是不能被接受的。

以上是來(lái)自ai雷達(dá)羊 - 微波射頻愛(ài)好者 回答

作為天線設(shè)計(jì)研發(fā)人員我覺(jué)得有必要分享下自己的經(jīng)歷。當(dāng)年做研究生論文的時(shí)候，F(xiàn)EKO還沒(méi)有現(xiàn)在這么普及，仿真一個(gè)簡(jiǎn)單的偶極子都需要自己編程序，對(duì)，是用Fortran，分段求電流，自阻抗互阻抗增益方向圖駐波比都得自己編程計(jì)算，一個(gè)環(huán)節(jié)搞錯(cuò)就得找半天，反正后面我編了一個(gè)魚(yú)骨天線找bug就用了一個(gè)月，現(xiàn)在可能一小時(shí)就出結(jié)果了。大大提高了工作效率。

雖然上手容易了，但要是沒(méi)有基礎(chǔ)知識(shí)，可能無(wú)法理解模型設(shè)置的基本原則，甚至?xí)傅图?jí)錯(cuò)誤，更別提優(yōu)化以及大型陣列的仿真了。

以上是來(lái)自芋頭發(fā)芽節(jié)節(jié)高 天線設(shè)計(jì)師回答

從我接觸的部分天線領(lǐng)域看，數(shù)學(xué)要求確實(shí)低了，過(guò)去很多簡(jiǎn)單天線需要手算，還算不準(zhǔn)，配合大量實(shí)驗(yàn)件，現(xiàn)在只要理解基本原理就可以仿真了。但是門(mén)檻低不低就不一定了，因?yàn)楝F(xiàn)在天線復(fù)雜了，工作環(huán)境也復(fù)雜了。