宾夕法尼亚州立大学的学生用电子模拟来完成数字任务

宾夕法尼亚州立大学的学生正在开发任务准备模拟技能。通过配对电子建模软件与一个数字任务工程在这个平台上，电气工程教授格雷戈里·赫夫带着他的班级进行了一次超越实验室、课程和电磁频谱的旅行。从地面上的天线到天空中的雷达，Huff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万博Ansys系统工具包(STK)数字任务工程平台协同优化电子、航空航天和国防、气象等领域的新兴研究。

通过可负担得起的软件访问万博Ansys学术项目Huff将这两种技术结合在一起，为工程专业以外的广泛学生培养一种独特而理想的技能。

再加上该计划的额外自学免费资源，学生获得课堂内外的实践经验，这使他们为现实世界的挑战和任务做好准备，因为他们的职业生涯起飞。

数字任务:可能

由于数字任务工程行业的流行和可访问的在线认证课程，学生对STK的好奇心不断增长，Huff将该平台引入到他的一些课程中，让学生在一个积极的学习环境中体验软件。

STK认证计划提供三个级别，包括一级STK认证、大师级和大师级。对于许多本科生来说，这是一项炙手可热的课程，因为他们准备好了自己的工具箱，以便在毕业后在招聘人员面前脱颖而出。

首先，Huff展示了HFSS与STK配对在电信领域的优势。从地面站天线系统到卫星通信，Huff的目标是向学生展示理解和探索电子传输和连接的具体方法。

哈夫说:“如果你看任何关于卫星通信的文字，你会发现它们被轻视了:‘这里有一些天线，使用这些方程，它们就会工作，或者联系你当地的天线人员，祝你好运。’”“我可以把所有这些都写在黑板上，或者我们可以通过Ansys学术计划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中生成天线辐射模式，然后将数据导入STK，以分析和可视化的方式演示相控阵的性能。

这一双边分析扩大了研究变量，包括以下问题:

• 天线能在通信链路中工作吗?
• 把天线放在平台上有什么影响?
• 是否有其他物体的遮挡、干扰或散射影响天线?

赫夫的电磁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生。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。

为了更加统一不同的领域，并让所有学生都感到有趣，Huff每学期分配了两个涉及现实任务的项目——一个在本地，一个在全国。作为当地参考，学生们学习公平宽带接入，学习如何为宾夕法尼亚州立大学校园周围农村地区服务不足的人群建立无线连接。由于广泛的天气、地理和拓扑结构，该州提供了许多区域和条件供探索，从雾、雨、雪到丘陵、山脉等等。

学生调查哪些地区和条件将允许或禁止选择数据链路，以确定如何改善农村地区常见的不同场景下的卫星传输。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。

该课程分析地面和天空的发射机，通过对任何EM数据使用HFSS和STK来评估哪些天线可以支持通信链路，Huff说。

他补充说:“我们正在向5G迈进，真的没有远离无线，所以我们应该教更多的学生如何拥抱无线设计，以及如何为此做好准备。”“准备工作的一部分是当我们谈论STK组件时。”

第二个项目扩展到全国，学生们学习如何使用射频识别(RFID)标签跟踪斑点灯笼蝇——2014年在宾夕法尼亚州首次发现的美国入侵物种。由于它们的进食行为，这种不受欢迎的植跳者对全国和世界各地的许多农作物和森林植物构成了威胁。

通过将HFSS与STK合作进行这些项目，Huff说他可以通过现实生活中的项目向学生展示，不仅是EM可以做什么，而且还有模拟和技术可以做什么——进一步说，数字任务工程不仅仅是用于外星探索。

他说:“STK给了我们一个机会，让我们在演示数字任务工程方面走完一圈:这里是你如何做到这一点，这里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点。”

Huff提醒学生，STK可以用来准备和计划一个广泛的模拟驱动的任务，就在地球上。为了演示这种实际应用，Huff的一些学生最近配对了HFSS和STK来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，学术模拟集成对于培养学生从事工程以及其他相关领域的职业至关重要。

赫夫说:“我们需要用某种类型的实际体验式学习来增强或补充传统的课堂经验，以加强我们现有的教科书学习的理论和传统框架。”“在EM领域，这是一个更大的挑战，因为设备成本很高，但使用Ansys的设计工具套件将改变游戏规则。万博我们可以在实验室里做很多我们想做的研究，然后进来，把你的手放在上面，测量它，同时还可以看看如果我改变这个的XYZ部分会发生什么。如果没有Ansys学术项万博目，我们就不可能做到这一点。”

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学生版下载在家学习。万博事实上，赫夫说，教学大纲中Ansys的部分通常万博是学生在第一天上课前阅读的唯一部分，通常他们已经在家里下载并探索了软件。

这种参与不仅使学生有了准备和信心，而且还为他们提供了潜在雇主所寻找的技能。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界人士，因为他们知道，当学生从这个项目中出来时，他们知识渊博，使用最先进的行业标准设计工具、模拟工具、测量技术，而且他们有很强的理论背景。”“将Ansys和其他一些拥有类似理念的公司区分开来的一个关键万博因素是，我们并不是要成为一个创收机器;我们的目标是培训学生，用我们所能拥有的最先进、最及时的工具集，以最好的方式做到这一点。”

赫夫以前的许多学生都在国家实验室和公司工作，包括Ansys。万博Huff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。最近的两个项目应用HFSS开发折纸灵感天线，并预测EM器件的射频(RF)性能，用于增材制造(AM)。

通过Ansys学术计划获得更多的工具，Huff计划在三个关键的新兴领域应用更多的多学科集万博成:公平的无线连接、高超声速飞行器设计和3D打印。

如前所述，Huff将HFSS与STK结合起来，从社会科学的角度研究公平的宽带接入并接近EM。随着研究在这一领域的深入，Huff计划纳入Ansys结构分析工具，如万博万博Ansys机械，以研究架构如何影响宽带接入。同样，Huff也会进行积分万博Ansys流利其计算流体动力学(CFD)能力，以评估高超声速飞行器天线设计项目中的气动加热。

赫夫想探索一下万博Ansys的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打开了一个感兴趣的新领域，因为他们可以创造独特的结构和形状，包括“疯狂而奇妙的工作装置”，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模拟集成的支持。万博学术界如何塑造未来”。