宾夕法尼亚州立大学学生用电子模拟完成数字任务

宾夕法尼亚州立大学的学生正在开发任务模拟技能。通过配对电子建模软件与数字任务工程在这个平台上，电气工程教授格雷戈里·赫夫带领他的班级走出实验室、课程和电磁频谱。从地面上的天线到天空中的雷达，赫夫每学期教数百名学生如何使用万博Ansys基于三维高频仿真软件及万博Ansys系统工具包(STK)数字任务工程平台，以优化电子、航空航天和国防、气象等领域的新兴研究。

与负担得起的访问软件通过万博Ansys学术计划，赫夫将这两种技术结合起来，采用多方面的教学方法，为工程专业以外的广大学生培养独特而理想的技能。

再加上该项目提供的免费自学资源，学生们可以在课堂内外获得实践经验，为他们在职业生涯起飞时迎接现实世界的挑战和任务做好准备。

数字使命:可能

由于数字任务工程行业的普及和可访问的在线认证计划，学生们对STK的好奇心越来越大，Huff在他的一些课程中引入了该平台，让学生在积极的学习环境中体验该软件。

STK认证计划提供三个级别，包括一级STK认证，大师级和特级大师级。对于许多本科生来说，这是一个抢手的项目，因为他们会在毕业后囤积自己的工具箱，以便在招聘人员中脱颖而出。

首先，赫夫展示了HFSS与STK在电信领域的优势。从地面站天线系统到卫星通信，赫夫的目标是为学生提供理解和探索电子传输和连接的切实途径。

赫夫说:“如果你看一下任何关于卫星通信的文字，你会发现它被轻描淡写地对待:‘这里有一些天线，使用这些方程，它们就会起作用，或者联系你当地的天线人员，祝你好运。’”“我可以把这些都写在黑板上，或者我们可以通过Ansys学术程序使用这些非常棒的模拟软件程序和平台，在那里可以学习真正的物理。”万博

赫夫指导学生们对用于航天器的地面站天线和相控阵进行评估。学生在HFSS中生成天线辐射图，然后将数据导入STK，以分析和直观地演示相控阵的工作原理。

这种双边分析扩展了研究变量，包括如下查询:

• 天线能在通信链路中工作吗?
• 把这个天线放在平台上会有什么影响?
• 是否有其他物体对天线造成阻塞、干扰或散射?

Huff的EM课程侧重于通信雷达和遥感，使用STK在应用环境中演示通信和轨道力学组件。

然而，电子工程专业的学生并不是唯一获得优势的学习者。这些课程吸引了来自各种科学、技术、工程和数学(STEM)专业和兴趣的学生，包括航空航天和机械工程，以及气象学。

为了将不同的领域结合起来，让所有的学生都感到有趣，赫夫每学期布置两个项目，其中一个是当地的，另一个是全国的。作为本地参考，学生们学习公平宽带接入，学习如何在宾夕法尼亚州立大学校园周围的农村地区为服务不足的人口建立无线连接。与广泛的天气，地理和拓扑结构，国家提供了一系列的地区和条件来探索，从雾，雨，雪丘陵，山脉，和更多。

学生调查哪些地区和条件将允许或禁止选择数据链路，以确定如何在农村地区常见的不同情况下改善卫星传输。最终目标是发现创新的方法来创建高速连接的强链接，同时防止或减轻任何干扰。

赫夫说，该课程分析地面和天空中的发射机，以评估哪些天线可以支持通信链路，通过使用HFSS来获取任何EM数据，并使用STK来“围绕这些数据制定任务计划”。

他补充说:“我们正在向5G发展，并没有远离无线，所以我们应该教更多的学生我们如何拥抱无线设计，以及如何为它做准备。”“其中一部分准备工作就是我们谈论STK成分。”

在第二个全国性的项目中，学生们学习如何使用射频识别(RFID)标签来追踪斑点灯笼蝇——一种入侵美国的物种，2014年在宾夕法尼亚州首次被发现。由于它们的取食行为，不受欢迎的植物跳虫对全国乃至全世界的许多农作物和森林植物构成了威胁。

通过将HFSS与STK合作开展这些项目，赫夫表示，他可以通过现实生活中的项目向学生们展示EM可以做什么，还可以展示模拟和技术可以做什么——进一步说，数字任务工程不仅仅适用于地外探索。

他说:“STK给了我们一个展示数字化任务工程的机会:这是你如何做到这一点，这是它在应用程序中的样子。”“这并不一定意味着我们正在利用外太空来实现这一目标。”

Huff提醒学生们，STK可以用来准备和计划在地球上进行广泛的模拟任务。为了演示这种实际应用，赫夫的一些学生最近将HFSS和STK配对，以追踪和定位迷路的徒步旅行者。

新兴职业和领域的虚拟仿真工具

根据Huff的说法，学术模拟集成对于为学生在工程以及其他相关领域的职业生涯做好准备至关重要。

赫夫说:“我们需要通过某种形式的动手体验式学习来增强或补充传统的课堂体验，从而加强我们现有的课本学习的理论和传统框架。”“在新兴市场，这是一个更大的挑战，因为设备成本很高，但能够使用Ansys的设计工具套件是一个改变游戏规则的工具。万博我们可以先在实验室里做很多我们想做的研究，然后进来，把手放在上面，测量它，同时看看如果我改变其中的XYZ部分会发生什么。如果没有Ansys学术项万博目，我们不可能做到这一点。”

到目前为止，Huff的学生已经接受了这些工具，并很高兴能够通过Ansys学习中心、Ansys学习论坛和免费的Ansys学生版下载在家中学习。万博事实上，赫夫说，教学大纲中的Ansys部分通常万博是学生在第一天上课前唯一阅读的部分，他们通常已经在家里下载并探索了软件。

这种参与不仅使学生做好准备，充满信心，而且还为他们提供了潜在雇主所需要的技能。赫夫认为学术界和工业界之间的关系是共生的。

赫夫说:“我们有专门来找研究生的业内人士，因为他们知道，当学生从这个项目出来时，他们知识渊博，正在使用最先进的行业标准设计工具、仿真工具和测量技术，而且他们有很强的理论背景。”“Ansys和其他几家拥有类似理念的公司的一个关键区别在于，万博我们并不是要成为创收机器;我们的目标是尽可能以最好的方式训练学生，使用我们所能拥有的最先进、最及时的工具集。”

赫夫以前的许多学生后来都在国家实验室和公司工作，包括Ansys。万博赫夫还促进研究生研究项目，帮助学生通过更深入的探索过渡到他们的职业生涯。最近的两个项目将HFSS应用于开发折纸天线，并预测用于增材制造(AM)制造的EM设备的射频(RF)性能。

通过Ansys学术计划获得更多工具，Huff计划在三个关键新兴领域应用更多的多学科集成:万博公平的无线连接，高超音速飞行器设计和3D打印。

如前所述，Huff将HFSS与STK结合起来研究公平宽带接入，并从社会科学的角度研究EM。随着该领域研究的深入，Huff计划将Ansys结构分析工具纳入其中，例如万博万博Ansys机械，以研究架构如何影响宽带接入。同样，赫夫也会进行积分万博Ansys流利其计算流体动力学(CFD)能力，以评估涉及高超声速飞行器天线设计的气动加热项目。

哈夫想要探索万博Ansys ' AM和3D打印工具也在与一家3D打印公司的合作中，Huff目前有AM专家审查他的学生的HFSS EM设计，以提供反馈，以便学生可以优化和增强3D产品的设计。万博网这为许多学生开辟了一个新的兴趣领域，因为他们可以创造独特的结构和形状，包括“疯狂而奇妙的装置”，据赫夫说。

这位热情的教授最近在5月18日的Ansys年度虚拟仿真世界2022会议上分享了他对学术仿真集成的支持。万博学术界如何塑造未来”。