大學(xué)剛?cè)雽W(xué)時，都說電磁場專業(yè)對數(shù)學(xué)功底要求很高，但后來發(fā)現(xiàn)除了計(jì)算電磁學(xué)以及幾門專業(yè)課對數(shù)學(xué)要求較高，其他都是用仿真軟件解決了。甚至周圍很多研究生零基礎(chǔ)上手，連最基本的電磁場也沒搞懂呢，全憑著仿真軟件，這是一種普遍的現(xiàn)象嗎？ 后期學(xué)習(xí)時應(yīng)該怎么注意呢？

一起來看看行業(yè)人士的回答！

一、發(fā)展現(xiàn)狀及行業(yè)門檻

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的生活，并且可以肯定的是，將來的很長時間內(nèi)，電磁波也依然是傳遞信息最常用的方式，即使將來量子通信普及，也依然不會動搖電磁波在通信中舉足輕重的地位。關(guān)于天線在整個通信系統(tǒng)中的重要性問題我是這樣認(rèn)為的：不可缺少，但又不是舉足輕重。舉個很簡單的例子：一頓飯，米飯是必不可少的，沒有它吃不飽，但是決定這頓飯檔次的卻是那些雞鴨魚肉。

關(guān)于電磁波與天線專業(yè)門檻的問題，我覺得應(yīng)該看對哪一層次的人來說。對電磁波與天線入門者，本專業(yè)的“門檻”越來越低，因?yàn)榇罅康姆抡孳浖梢越鉀Q原來好多必須依靠大量人力物力才能解決的問題。但是對于那些已經(jīng)對本專業(yè)有一些了解的人，本專業(yè)的“門檻”卻越來越高。所以對于資深的電磁天線專家來說，專業(yè)門檻并沒有降低，非常深奧的專業(yè)問題是常用的仿真軟件無法解決的，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都是物以稀為貴，當(dāng)一個天線所有人都可以用仿真軟件解決的時候，這個天線的設(shè)計(jì)價(jià)值也就降低了。站在這個角度來看，電磁波與天線的門檻是逐漸變高的，因?yàn)榛A(chǔ)知識領(lǐng)域已經(jīng)沒有門檻可言，門檻一直在向著更深層次的領(lǐng)域移動。

二、基礎(chǔ)知識和仿真軟件

關(guān)于本專業(yè)的數(shù)學(xué)功底要求，可能每個方向不大一樣，但是可以肯定的是只要是這個行業(yè)，對數(shù)學(xué)功底的要求一定不低。電磁場與微波技術(shù)分為好幾個小的研究方向，天線只是其中一個，對比其它幾個方向，天線對數(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)域的方程是不會對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上，而不在基礎(chǔ)的電磁場與電磁波書上。 可能有時候好多人會說自己一個電磁領(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，他做天線的效率會上升一個檔次。不懂電磁波的基本原理也是可以仿天線的，這個不否認(rèn)，其實(shí)現(xiàn)在好多研究生依然停留在這個階段，照著別人的論文上模仿別人的天線結(jié)構(gòu)，但是這樣仿出來的天線一般會存在以下幾個問題：

（1）天線指標(biāo)出了問題找不到解決方案。因?yàn)椴欢矸鲁鰜淼奶炀€只是瞎貓碰死耗子，很多時候是湊巧，根本找不到哪個參數(shù)以哪種形式影響哪些指標(biāo)。所以在天線優(yōu)化的過程中只能不斷的掃參數(shù)，而無法從天線最深層次解決這個問題，很多時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)本身的問題。

（2）天線無法在其他頻段或者用其它材料復(fù)制出來。每一個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，這樣才能將整個天線的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)和材料上形成一個完整的體系。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和材料設(shè)計(jì)出不同類型的圓極化天線。

（3）天線無法進(jìn)行更深層次的創(chuàng)新。很多人說天線的創(chuàng)新很簡單，不就是開個槽，掏個洞嗎。從結(jié)果上來看固然是這樣，但是卻不知道在哪開槽，在哪掏洞，為什么開槽，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槽，大家都知道開槽，但是怎么開，開多大才是關(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檔次。

從目前的現(xiàn)象來看，大量設(shè)計(jì)依靠仿真軟件是不爭的事實(shí)，不論是碩士生還是博士生。其實(shí)依靠軟件設(shè)計(jì)天線并沒有問題，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)砗芏嗟谋憷?。軟件給大家一種能解決一切問題的感覺，導(dǎo)致大家對理論知識越來越不重視。大家更愿意接受這種簡單快捷的方式，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。整個社會急功近利的心態(tài)也在科研工作中留下了深深的烙印。學(xué)生沒有時間了解基本知識，大多數(shù)時候只是拿著已有的天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些簡單的改進(jìn)，然后隨便發(fā)一些論文，只求盡早達(dá)到畢業(yè)要求，而不愿意花時間和精力用心研究自己的領(lǐng)域。沒有哪一個領(lǐng)域的重大突破是花一兩年的時間取得的，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的學(xué)生。這句話從之前的學(xué)長學(xué)姐傳下來，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，天線的性能是無法通過計(jì)算得出來的，只是定性的知道結(jié)果有偏差我們應(yīng)該往哪個方向走來消除這個誤差。

（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)，所以更多時候忽視了理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)。博士階段情況會好一些，主要以論文為主，對理論知識的要求會很高。

三、給初學(xué)者的一些意見

對任何一個行業(yè)來說，入門都是很重要的，天線行業(yè)更是如此，這些非常依靠經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)類的知識，如果有人帶著學(xué)，會事半功倍，尤其對于零基礎(chǔ)想學(xué)天線的學(xué)生。所以這里想談?wù)勛约阂郧白哌^的彎路，讓大家能夠避開，更好的踏入天線的大門。

（1）剛開始學(xué)天線的時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，但是卻從來沒有仿真過幾款天線，這樣下去永遠(yuǎn)學(xué)不會天線的精髓。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。所以對于所有的天線來說最基本的有兩點(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，這就是平時說的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很小的面（波束寬度），最大輻射方向上的功率密度與無方向性天線的比值（增益），輻射的方向會不會變（波束掃描），電場矢量變化的方向（極化類型）。所有的這些都是可以清晰的在仿真軟件上顯示出來的，初學(xué)者應(yīng)該仿真基本的天線結(jié)構(gòu)，將這些指標(biāo)從書本上生硬的公式和仿真軟件中形象的圖像和數(shù)據(jù)對應(yīng)起來。

（2）初學(xué)者應(yīng)該找一個會天線的學(xué)長學(xué)姐指導(dǎo)基礎(chǔ)的軟件操作和理論。所有的初學(xué)者都會遇到的問題，遇到問題怎么都解決不了，甚至不知道問題出在哪里，這時候就需要已經(jīng)犯過相同錯誤的學(xué)長學(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題。初學(xué)者和書本上做的一模一樣，但是結(jié)果卻不一樣，出現(xiàn)這種問題百分之99的原因都是軟件設(shè)置，如果沒有經(jīng)驗(yàn)，是很難找到原因的，這種問題可以請教學(xué)長學(xué)姐，有可能自己幾個小時沒解決的問題，他們幾分鐘就能解決。這種研究一輩子也不會對自己的能力有什么質(zhì)的提升的問題，沒有必要花任何時間。

（3）當(dāng)對幾種基本天線有認(rèn)識之后，就應(yīng)該仿真論文上的天線。大家看論文上的天線會發(fā)現(xiàn)，和平時學(xué)的基礎(chǔ)天線結(jié)構(gòu)完全不一樣。這個時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@個階段的創(chuàng)新都是瞎搞，在沒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)量的時候自然就會了解這一類型的天線。比如各種偶極子天線的變形，剛開始并不會覺得是偶極子天線，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)展趨勢來看，幾乎已經(jīng)看不到有新的天線種類會被發(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。好多時候看似完全不相干的兩個結(jié)構(gòu)其實(shí)是相同天線基礎(chǔ)理論的體現(xiàn)。比如近場環(huán)天線上的交叉電容、彎折、集總電容。從本質(zhì)上來說，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創(chuàng)新就會簡單的多，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)場的電場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，多思考、多仿真。其實(shí)每一個行業(yè)每種工作都是這樣，要多嘗試，不怕犯錯，仿真不是做實(shí)物，即使仿錯了，也不會有大的損失，最多就是一些時間成本，而收獲就是永遠(yuǎn)不會再犯同樣的錯誤。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問題，而不是簡單的將結(jié)構(gòu)歸類為開槽，掏洞，不同的天線開槽和掏洞往往會帶來不同的影響，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。

以上是來自ai雷達(dá)羊 - 微波射頻愛好者 回答

作為天線設(shè)計(jì)研發(fā)人員我覺得有必要分享下自己的經(jīng)歷。當(dāng)年做研究生論文的時候，F(xiàn)EKO還沒有現(xiàn)在這么普及，仿真一個簡單的偶極子都需要自己編程序，對，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，一個環(huán)節(jié)搞錯就得找半天，反正后面我編了一個魚骨天線找bug就用了一個月，現(xiàn)在可能一小時就出結(jié)果了。大大提高了工作效率。

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

以上是來自芋頭發(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，過去很多簡單天線需要手算，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。