微波EDA 電磁仿真軟件大觀

　
微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜對(duì)電路的指標(biāo)要求越來(lái)越高，電路的功能越來(lái)越多電路的尺寸要求越做越小而設(shè)計(jì)周期卻越來(lái)越短傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。使用微波EDA 軟件工具進(jìn)行微波元器件與微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。隨著單片集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展GaAs 硅為基礎(chǔ)的微波毫米波單片集成電路MIMIC 和超高速單片集成電路VHSIC 都面臨著一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，電路的設(shè)計(jì)與工藝研制日益復(fù)雜化，如何進(jìn)一步提高電路性能降低成本縮短電路的研制周期已經(jīng)成為電路設(shè)計(jì)的一個(gè)焦點(diǎn)，而EDA 技術(shù)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵EDA 技術(shù)的范疇包括電子工程設(shè)計(jì)師進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程以及電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中期望由計(jì)算機(jī)提供的各種輔助功能。一方面EDA 技術(shù)可為系統(tǒng)級(jí)電路級(jí)和物理實(shí)現(xiàn)級(jí)三個(gè)層次上的輔助設(shè)計(jì)過(guò)程；

　1.基于矩量法仿真的微波EDA 仿真軟件

（1）Agilent ADS(Advanced Design System)

Agilent ADS(Advanced Design System)軟件是在HP EESOF系列EDA軟件基礎(chǔ)上發(fā)展完善起來(lái)的大型綜合設(shè)計(jì)軟件。是美國(guó)安捷倫公司開(kāi)發(fā)的大型綜合設(shè)計(jì)軟件是為系統(tǒng)和電路從電路元件的仿真模式識(shí)別的提取新的仿真技術(shù)提供了高性能的仿真特性。

它允許工程師定義頻率范圍材料特性參數(shù)的數(shù)量和根據(jù)用戶(hù)的需要自動(dòng)產(chǎn)生關(guān)鍵的無(wú)源器件模式，該軟件范圍涵蓋了小至元器件大到系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和分析，尤其是其強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)手段可在時(shí)域或頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字或模擬線(xiàn)性或非線(xiàn)性電路的綜合仿真分析與優(yōu)化并可對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行成品率分析與優(yōu)化。從而大大提高了復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)效率使之成為設(shè)計(jì)人員的有效工具。

（2）Sonnet 仿真軟件

Sonnet 是一種基于矩量法的電磁仿真軟件提供面向3D 平面高頻電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及在微波毫米波領(lǐng)域和電磁兼容/電磁干擾設(shè)計(jì)的EDA 工具。SonnetTM 應(yīng)用于平面高頻電磁場(chǎng)分析頻率從1MHz 到幾千GHz ，主要的應(yīng)用有微帶匹配網(wǎng)絡(luò)微帶電路微帶濾波器帶狀線(xiàn)電路帶狀線(xiàn)濾波器過(guò)孔層的連接或接地偶合線(xiàn)分析PCB 板電路分析PCB 板干擾分析橋式螺線(xiàn)電感器平面高溫超導(dǎo)電路。分析毫米波集成電路 ，MMIC設(shè)計(jì)和分析混合匹配的電路分析，HDI LTCC 轉(zhuǎn)換單層或多層傳輸線(xiàn)的精確分析多層的平面的電路分析單層或多層的平面天線(xiàn)分析平面天線(xiàn)陣分析平面偶合孔的分析等。

（3）IE3D 仿真軟件

IE3D 是一個(gè)基于矩量法的電磁場(chǎng)仿真工具?？梢越鉀Q多層介質(zhì)環(huán)境下的三維金屬結(jié)構(gòu)的電流分布問(wèn)題它利用積分的方式求解Maxwell 方程組，從而解決電磁波的效應(yīng)不連續(xù)性效應(yīng)耦合效應(yīng)和輻射效應(yīng)問(wèn)題。仿真結(jié)果包括s y z 參數(shù)VWSR RLC 等效電路電流分布近場(chǎng)分布和輻射方向圖方向性效率和RCS 等。IE3D 在微波/毫米波集成電路MMIC RF 印制板電路微帶天線(xiàn)線(xiàn)電線(xiàn)和其它形式的RF 天線(xiàn)HTS 電路及濾波器IC 的內(nèi)部連接和高速數(shù)字電路封裝方面是一個(gè)非常有用的工具。

（4）Microwave Office

“Microwave Office”軟件是通過(guò)兩個(gè)模擬器來(lái)對(duì)微波平面電路進(jìn)行模擬和仿真的對(duì)于由集總元件構(gòu)成的電路用電路的方法來(lái)處理較為簡(jiǎn)便。該軟件設(shè)有VoltaireXL 的模擬器來(lái)處理集總元件構(gòu)成的微波平面電路問(wèn)題而對(duì)于由具體的微帶幾何圖形構(gòu)成的分布參數(shù)微波平面電路則采用場(chǎng)的方法較為有效。該軟件采用的是”EMSight”的模擬器來(lái)處理任何多層平面結(jié)構(gòu)的三維電磁場(chǎng)的問(wèn)題。

　　
“VoltaireXL” 模擬器內(nèi)設(shè)一個(gè)元件庫(kù)在建立電路模型時(shí)可以調(diào)出微波電路所用的元件。其中無(wú)源器件有電感電阻電容諧振電路微帶線(xiàn)帶狀線(xiàn)同軸線(xiàn)等等，非線(xiàn)性器件有雙極晶體管 場(chǎng)效應(yīng)晶體管二極管等等。

　　
“EMSight”模擬器是一個(gè)三維電磁場(chǎng)模擬程序包可用于平面高頻電路和天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的。分析特點(diǎn)是把修正譜域矩量法與直觀的視窗圖形用戶(hù)界面(GUI)技術(shù)結(jié)合起來(lái)使得計(jì)算速 度加快許多。它可以分析射頻集成電路 (RFIC) 微波單片集成電路(MMIC) 微帶貼片天線(xiàn)和高速印制電路(PCB)等電路的電氣特性。

Microwave Office 2006 增加了一些新功能包括濾波器智能綜合智能負(fù)載牽引，提高對(duì)存在的回路的電磁仿真包括振蕩器相位噪聲分析和3D 平面電磁仿真引擎使對(duì)某些復(fù)雜問(wèn)題的仿真更加有效。是一款容易學(xué)習(xí)和使用的RF仿真軟件。

（1）CST MICROWAVE STUDIO

CST MICROWAVE STUDIO™ (CST SD)是為快速精確仿真電磁場(chǎng)高頻問(wèn)題而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的EDA 工具。是基于PC 機(jī)Windows 環(huán)境下的仿真軟件它主要應(yīng)用在復(fù)雜設(shè)計(jì)和更高的諧振結(jié)構(gòu)，CST DS 通過(guò)散射參數(shù)使電磁場(chǎng)元件結(jié)合在一起把復(fù)雜的系統(tǒng)分離成更小的子單元通過(guò)對(duì)系統(tǒng)每一個(gè)單元行為的S-參數(shù)的描述?？梢钥焖俚姆治龊徒档拖到y(tǒng)所需的內(nèi)存，CST DS 它考慮了在子單元之間高階模式的耦合結(jié)構(gòu)分成小部分而沒(méi)有影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

（2）FIDELITY

FIDELITY 是基于非均勻網(wǎng)格的時(shí)域有限差分方法的全三維電磁場(chǎng)仿真器?？梢越鉀Q具有復(fù)雜填充介質(zhì)求解域的場(chǎng)分布問(wèn)題。

（4）IMST Empire

IMST Empire 是一種3D 電磁場(chǎng)仿真軟件它是一種基于3D 的時(shí)域有限差分的方法。這種方法已經(jīng)變成RF 元件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)它的應(yīng)用范圍，從分析平面結(jié)構(gòu)互聯(lián)的多端口集成到微波波天線(xiàn)EMC 問(wèn)題EMPIRE 基本覆蓋了RF 設(shè)計(jì)3D 場(chǎng)仿真的整個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)用戶(hù)的定義的頻率范圍一次的仿真的運(yùn)行就可以得到散射參數(shù)輻射參數(shù)和輻射場(chǎng)圖對(duì)于結(jié)構(gòu)的定義。3D 編輯器集成到EMPIRE 軟件中AUTOCADTM 是一個(gè)流行的機(jī)械畫(huà)圖工具，可以在EMPIRE 環(huán)境中使用監(jiān)視窗口和動(dòng)畫(huà)可以給出電磁波的現(xiàn)象并獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。

1.Ansoft HFSS

Ansoft HFSS 是世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件?？煞治龇抡嫒我馊S無(wú)源結(jié)構(gòu)的高頻電磁場(chǎng)可直接得到特征阻抗傳播常數(shù)S 參數(shù)及電磁場(chǎng)輻射場(chǎng)天線(xiàn)方向圖等結(jié)果。該軟件被廣泛應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)通信，計(jì)算機(jī)，衛(wèi)星雷達(dá)，半導(dǎo)體和微波集成電路航空航天等領(lǐng)域。Ansoft HFSS 采用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分ALPS 快速掃頻切向元等專(zhuān)利技術(shù)集成了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建模系統(tǒng)。提供了功能強(qiáng)大使用靈活的宏語(yǔ)言直觀的后處理器及獨(dú)有的場(chǎng)計(jì)算器?？捎?jì)算分顯示各種復(fù)雜的電磁場(chǎng)并利用Optimetrics 可對(duì)任意的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和掃描分析。使用Ansoft HFSS 可以計(jì)算1 基本電磁場(chǎng)數(shù)值解和開(kāi)邊界問(wèn)題近遠(yuǎn)場(chǎng)輻射問(wèn)題，2 端口特征阻抗和傳輸常數(shù)。3 S 參數(shù)和相應(yīng)端口阻抗的歸一化S 參數(shù)。4 結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解。

隨著EDA 技術(shù)的發(fā)展電磁仿真軟件在微波產(chǎn)品設(shè)計(jì)中起到越來(lái)越重要的作用大幅度降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和研制費(fèi)用?；究梢宰龅揭淮卧O(shè)計(jì)一次完成仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果非常相近。但隨著頻率的增加和電路復(fù)雜性的增加為了獲得更精確的仿真結(jié)果和提高仿真軟件的運(yùn)行效率，需要有準(zhǔn)確的模式與之相匹配和更精確數(shù)值分析方法。目前在我國(guó)比較流行使用的電路仿真工具Ailgent 公司的ADS 和電磁場(chǎng)仿真工具Ansoft 公司的HFSS。