微波EDA 電磁仿真軟體大觀

2020-12-05 電子產品世界
　微波

系統的設計越來越複雜對電路的指標要求越來越高，電路的功能越來越多電路的尺寸要求越做越小而設計周期卻越來越短傳統的設計方法已經不能滿足系統設計的需要。使用

微波EDA

軟體工具進行

微波

元器件與微波系統的設計已經成為微波電路設計的必然趨勢。隨著單片集成電路技術的不斷發展GaAs 矽為基礎的微波毫米波單片集成電路MIMIC 和超高速單片集成電路VHSIC 都面臨著一個嶄新的發展階段，電路的設計與工藝研製日益複雜化，如何進一步提高電路性能降低成本縮短電路的研製周期已經成為電路設計的一個焦點，而

EDA

技術是設計的關鍵

EDA

技術的範疇包括電子工程設計師進行產品開發的全過程以及電子產品生產過程中期望由計算機提供的各種輔助功能。一方面EDA 技術可為系統級電路級和物理實現級三個層次上的輔助設計過程；

　1.基於矩量法仿真的微波EDA 仿真軟體 （1）Agilent ADS(Advanced Design System)

Agilent ADS(Advanced Design System)軟體是在HP EESOF系列EDA軟體基礎上發展完善起來的大型綜合設計軟體。是美國安捷倫公司開發的大型綜合設計軟體是為系統和電路從電路元件的

仿真

模式識別的提取新的仿真技術提供了高性能的仿真特性。


它允許工程師定義頻率範圍材料特性參數的數量和根據用戶的需要自動產生關鍵的無源器件模式，該軟體範圍涵蓋了小至元器件大到系統級的設計和分析，尤其是其強大的仿真設計手段可在時域或頻域內實現對數字或模擬線性或非線性電路的綜合仿真分析與優化並可對設計結果進行成品率分析與優化。從而大大提高了複雜電路的設計效率使之成為設計人員的有效工具。


（2）Sonnet 仿真軟體

Sonnet 是一種基於矩量法的電磁仿真軟體提供面向3D 平面高頻電路設計系統以及在微波毫米波領域和電磁兼容/電磁幹擾設計的EDA 工具。SonnetTM 應用於平面高頻電磁場分析頻率從1MHz 到幾千GHz ，主要的應用有微帶匹配網絡微帶電路微帶濾波器帶狀線電路帶狀線濾波器過孔層的連接或接地偶合線分析PCB 板電路分析PCB 板幹擾分析橋式螺線電感器平面高溫超導電路。分析毫米波集成電路 ，MMIC設計和分析混合匹配的電路分析，HDI LTCC 轉換單層或多層傳輸線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分析平面天線陣分析平面偶合孔的分析等。


（3）IE3D 仿真軟體

IE3D 是一個基於矩量法的電磁場仿真工具。可以解決多層介質環境下的三維金屬結構的電流分布問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不連續性效應耦合效應和輻射效應問題。仿真結果包括s y z 參數VWSR RLC 等效電路電流分布近場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 印製板電路微帶天線線電線和其它形式的RF 天線HTS 電路及濾波器IC 的內部連接和高速數字電路封裝方面是一個非常有用的工具。


（4）Microwave Office

「Microwave Office」軟體是通過兩個模擬器來對微波平面電路進行模擬和仿真的對於由集總元件構成的電路用電路的方法來處理較為簡便。該軟體設有VoltaireXL 的模擬器來處理集總元件構成的微波平面電路問題而對於由具體的微帶幾何圖形構成的分布參數微波平面電路則採用場的方法較為有效。該軟體採用的是」EMSight」的模擬器來處理任何多層平面結構的三維電磁場的問題。

　　
「VoltaireXL」 模擬器內設一個元件庫在建立電路模型時可以調出微波電路所用的元件。其中無源器件有電感電阻電容諧振電路微帶線帶狀線同軸線等等，非線性器件有雙極電晶體 場效應電晶體二極體等等。

　　
「EMSight」模擬器是一個三維電磁場模擬程序包可用於平面高頻電路和天線結構的。分析特點是把修正譜域矩量法與直觀的視窗圖形用戶界面(GUI)技術結合起來使得計算速 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) 微帶貼片天線和高速印製電路(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載牽引，提高對存在的迴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某些複雜問題的仿真更加有效。是一款容易學習和使用的RF仿真軟體。


2.基於時域有限差分的微波仿真軟體


（1）CST MICROWAVE STUDIO

CST MICROWAVE STUDIO™ (CST SD)是為快速精確仿真電磁場高頻問題而專門開發的EDA 工具。是基於PC 機Windows 環境下的仿真軟體它主要應用在複雜設計和更高的諧振結構，CST DS 通過散射參數使電磁場元件結合在一起把複雜的系統分離成更小的子單元通過對系統每一個單元行為的S-參數的描述。可以快速的分析和降低系統所需的內存，CST DS 它考慮了在子單元之間高階模式的耦合結構分成小部分而沒有影響系統的準確性。


（2）FIDELITY

FIDELITY 是基於非均勻網格的時域有限差分方法的全三維電磁場仿真器。可以解決具有複雜填充介質求解域的場分布問題。


（4）IMST Empire

IMST Empire 是一種3D 電磁場仿真軟體它是一種基於3D 的時域有限差分的方法。這種方法已經變成RF 元件設計的標準它的應用範圍，從分析平面結構互聯的多埠集成到微波波天線EMC 問題EMPIRE 基本覆蓋了RF 設計3D 場仿真的整個領域。根據用戶的定義的頻率範圍一次的仿真的運行就可以得到散射參數輻射參數和輻射場圖對於結構的定義。3D 編輯器集成到EMPIRE 軟體中AUTOCADTM 是一個流行的機械畫圖工具，可以在EMPIRE 環境中使用監視窗口和動畫可以給出電磁波的現象並獲得準確的結果。


3.基於有限元的微波EDA 仿真軟體


1.Ansoft HFSS

Ansoft HFSS 是世界上第一個商業化的三維結構電磁場仿真軟體。可分析仿真任意三維無源結構的高頻電磁場可直接得到特徵阻抗傳播常數S 參數及電磁場輻射場天線方向圖等結果。該軟體被廣泛應用於無線和有線通信，計算機，衛星雷達，半導體和微波集成電路航空航天等領域。Ansoft HFSS 採用自適應網格剖分ALPS 快速掃頻切向元等專利技術集成了工業標準的建模系統。提供了功能強大使用靈活的宏語言直觀的後處理器及獨有的場計算器。可計算分顯示各種複雜的電磁場並利用Optimetrics 可對任意的參數進行優化和掃描分析。使用Ansoft HFSS 可以計算1 基本電磁場數值解和開邊界問題近遠場輻射問題，2 埠特徵阻抗和傳輸常數。3 S 參數和相應埠阻抗的歸一化S 參數。4 結構的本徵模或諧振解。


隨著EDA 技術的發展電磁仿真軟體在微波產品設計中起到越來越重要的作用大幅度降低了產品的開發周期和研製費用。基本可以做到一次設計一次完成仿真結果與實驗測試結果非常相近。但隨著頻率的增加和電路複雜性的增加為了獲得更精確的仿真結果和提高仿真軟體的運行效率，需要有準確的模式與之相匹配和更精確數值分析方法。目前在我國比較流行使用的電路仿真工具Ailgent 公司的ADS 和電磁場仿真工具Ansoft 公司的HFSS。

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