微波無源電路仿真技術(shù)01

1、微波仿真技術(shù)與微波仿真軟件,歷史回顧,英國(guó)物理學(xué)家J．C．Maxwell干1862年提出了位移電流的概念，并提出了“光與電磁現(xiàn)象有聯(lián)系”的想法。1865年，Maxwell在其論文中第 一次使用了“電磁場(chǎng)”（electro一magnetic field）一詞，并提出了電磁場(chǎng)方程組，推演了波方程，還論證了光是電磁波的一種。一百多年來的事實(shí)證明，建立在電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)上的微波科學(xué)技術(shù)，對(duì)入類生活產(chǎn)生了極其巨大的影響。,Maxwell 方程組,

2、本構(gòu)關(guān)系,Maxwell 方程組,邊界條件,解析方法與數(shù)值方法,早期人們解決微波工程中的設(shè)計(jì)與計(jì)算問題，基本上都采用解析方法上世紀(jì)60年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，開始采用數(shù)值計(jì)算技術(shù)解決不規(guī)則邊界條件下微波工程問題的求解,Maxwell 方程,+,規(guī)則邊界,Maxwell 方程,+,不規(guī)則邊界,=,解析法,=,數(shù)值法,常見的數(shù)值方法,頻域：差分法（FDM)有限元法 （FEM)矩量法（MOM)邊界元法(BEM)傳輸線法（T

3、LM）時(shí)域：時(shí)域有限差分法（FDTD)有限積分技術(shù)（FIT),微分型,積分型,,,,,,,數(shù)值解法根據(jù)空間變量分類,一維（1D）解法（傳輸線解，SPICE程序）適用范圍：場(chǎng)和源都是一維空間變量的函數(shù)。典型應(yīng)用：傳輸線；平面波和電路等。二維（2D）解法（MOM,TLM,FEM,FDTD）適用范圍：場(chǎng)和源都是兩維空間變量的函數(shù)。典型應(yīng)用：TE10矩形波導(dǎo)；TEM波同軸線等。二維半（2.5D）解法（MOM,TLM,FEM,F

4、DTD）適用范圍：場(chǎng)是三維空間變量的函數(shù)，源是兩維空間變量的函數(shù)。典型應(yīng)用：平面?zhèn)鬏斁€（微帶線，共面波導(dǎo)）、平面結(jié)構(gòu)天線和多層結(jié)構(gòu)器件（LTCC）等。三維（3D）解法（FDM,MOM,TLM,FEM,FDTD,FIT）適用范圍：場(chǎng)和源都是三維空間變量的函數(shù)。典型應(yīng)用：可以求解所有的電磁場(chǎng)問題。,常見的仿真軟件,系統(tǒng)仿真軟件Agilent ADS （MOM+解析法)

5、 Microwave Office （MOM+解析法) Ansoft Designer （MOM+解析法) CST Design Studio (解析法）電磁場(chǎng)仿真軟件2.5DAnsoft Esemble (MOM)Sonnet (M

6、OM) IE3D (MOM)3D Ansoft HFSS （FEM)Ansys (FEM)CST Microwave Studio (FIT)CST Mafia

7、 (FIT)EMPIRE (FDTD)XFDTD (FDTD)FEKO (MOM+PO/UTD)Super NEC (MOM+UTD),ADS(Advanced Design System

8、 ),,它是Agilent Technoligyies公司推出的一套電路自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件。Agilent Technoligyies公司把已有產(chǎn)品HP MDS(Microwave Design System)和HP EEsof IV(Electronic Engineering Software)兩者的精華有機(jī)的結(jié)合起來，并增加了許多新的功能，構(gòu)成了功能強(qiáng)大的ADS軟件。 ADS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

9、，主要包括RFIC設(shè)計(jì)軟件、RF電路板設(shè)計(jì)軟件、DSP專業(yè)設(shè)計(jì)軟件、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件以及微波電路設(shè)計(jì)軟件。 ADS軟件仿真手段豐富多樣，可實(shí)現(xiàn)包括時(shí)域和頻域、數(shù)字與模擬、線性與非線性、噪聲等多種仿真分析手段，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，是非常優(yōu)秀的微波電路、系統(tǒng)信號(hào)鏈路的設(shè)計(jì)工具。不但其仿真性能優(yōu)越,而且提供了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)后處理能力。這對(duì)我們進(jìn)行復(fù)雜、特殊電路的仿真、數(shù)據(jù)后處理及

10、顯示提供了可能。該軟件切實(shí)考慮到工程實(shí)際中各種參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，對(duì)要求分析手段多樣，運(yùn)算量大的仿真分析，尤其適用。 ADS軟件可應(yīng)用于整個(gè)現(xiàn)代通信系統(tǒng)及其子系統(tǒng)，能對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行快速、便捷、有效的設(shè)計(jì)和仿真。這是以往任何自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件都不能夠的。所以，ADS已被廣大電子工程技術(shù)人員接受，應(yīng)用也愈加廣泛。,ADS主要應(yīng)用,ADS功能非常強(qiáng)大，對(duì)整個(gè)現(xiàn)代通信系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真提供支持。主要應(yīng)用有以下幾個(gè)主要方面：射頻

11、和微波電路的設(shè)計(jì)（包括RFIC、RF Board）。DSP設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)向量仿真每個(gè)設(shè)計(jì)本身又包括以下幾個(gè)內(nèi)容： 繪制原理圖 系統(tǒng)仿真 布局圖 Pspice原理圖,ADS界面,Microwave Office,Microwave Office軟件為微波平面電路設(shè)計(jì)提供了最完整, 最快速和最精確的解答。它是通過兩個(gè)模擬器來對(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, 用電路的方法來處理較為簡(jiǎn)便。 該

12、軟件設(shè)有一個(gè)叫“VoltaireXL”的模擬器來處理集總元件構(gòu)成的微波平面電路問題。 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, 該軟件采用的是一個(gè)叫“EMSight”的模擬器來處理任何多層平面結(jié)構(gòu)的三維電磁場(chǎng)的問題。由于這里意在著重于電磁場(chǎng)分析，所以僅涉及“EMSight”模擬器。下面是它的具體功能： “EMSight”模擬器是一個(gè)完整的三維電磁場(chǎng)模擬程序包, 它可用于平面高頻電路和

13、天線結(jié)構(gòu)的分析。模擬器分析的電路都安裝在一個(gè)矩形的金屬包裝盒內(nèi), 對(duì)于電路的層數(shù)和端口數(shù)并沒有限制。它還具有顯示微波平面電路內(nèi)金屬上電流和空間電場(chǎng)力線的能力?！癊MSight”模擬器可以對(duì)微波平面電路進(jìn)行許多種類的計(jì)算, (在該軟件中稱計(jì)算為測(cè)量)。 除了可以計(jì)算電路的阻抗參量,導(dǎo)納參量,散射參量,傳輸參量, 混合參量之外, 對(duì)于線性電路,它能計(jì)算輔助穩(wěn)定因子,輸入電容,群延遲, 偶/奇模傳輸常數(shù)/阻抗/導(dǎo)納, 電壓駐波比, 端口輸入阻

14、抗/導(dǎo)納, 增益等。具有計(jì)算各種線/圓極化微帶天線的電場(chǎng)方向圖和功率方向圖的能力, 在計(jì)算天線時(shí)矩形的金屬包裝盒邊界可以改變, 頂部和底部可以改為自由空間阻抗,而側(cè)壁可以拉遠(yuǎn)。在“EMSight”模擬器內(nèi)也設(shè)有一個(gè)元件庫, 其特點(diǎn)是列入了大量的微帶元件的資料如各種彎頭, 開路線, 短截線, 耦合器, 階梯, T形接頭等。 還包括了許多傳輸線的資料。,Microwave Office界面,Ansoft Designer ?平面電磁場(chǎng)仿真主

15、要功能,? Designer 可以精確快速仿真超大電尺寸結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)問題! –SVD快速求解器 –低內(nèi)存需求? 模型結(jié)構(gòu)可以自由創(chuàng)建或直接輸入 –友好的用戶圖形界面 –直接輸入DXF, IGES以及其它MCAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何模型 –通過Ansoft Links還可讀入Cadence、Zuken、Synopsys、Mentor Graphics 等EDA軟件所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)信息? 全參數(shù)

16、化? 按需求解 –Designer可以由用戶來決定不同單元部分用不同的求解器來求解。? 協(xié)同仿真 –Designer可以無縫集成電路、系統(tǒng)及電磁場(chǎng)仿真? 場(chǎng)型圖多種圖型顯示功能 –2D/3D 直角坐標(biāo), 極坐標(biāo)顯示等? 場(chǎng)型圖 –3D 場(chǎng)型, 源激勵(lì)編輯, 輻射圖,增益等,Ansoft Designer ?界面,CST Design Studio,ComponentsSeveral analyti

17、cal componentsAvailability of circuit elementsProvision of semiconductor model librarySupport of hierarchical modeling, i.e. separation of a system in logical componentsTight integration with 3D electromagnetic field

18、 simulations from CST MICROWAVE STUDIO®Integration of high frequency planar analysis from the Sonnet em®3 suiteImport of measured or simulated data in TOUCHSTONE file formatControl and usage of extensible el

19、ement libraryAnalysisGlobal parameterizationParameter sweep with an arbitrary number of parametersOptimization for an arbitrary number of parameters and for a combination of weighted goalsBuilt in APLAC® for CS

20、T DESIGN STUDIO? circuit simulator for linear and nonlinear simulation purposesOptional link to full APLAC® functionalityEasy definition of so-called simulation tasks, some of them related to special devices as mi

21、xers, amplifiers, antennasAutomatic (re-)calculation of results from integrated field simulatorsInterpolation for simulated blocks speeds up simulationsSolver transparency allows selection of analytic or numerical eva

22、luation of some componentsDe-embedding eliminates the effect of some componentsUsage of differential ports enables all kinds of circuit/EM co-simulationsConsideration of higher order modes,CST Design Studio界面,Ansoft S

23、erenade,Ansoft Serenade 設(shè)計(jì)環(huán)境為現(xiàn)代的射頻以及微波設(shè)計(jì)者們提供了一個(gè)強(qiáng)大的電路、系統(tǒng)和電磁仿真的工具。簡(jiǎn)易的使用環(huán)境允許使用者們?cè)诜抡嫫骱推渌墓ぞ撸ㄈ缥淖痔幚砥鳎┳畲蟪潭鹊漠a(chǎn)生數(shù)據(jù)資料的轉(zhuǎn)移。簡(jiǎn)單的說，它主要包括Harmonica電路仿真 和 Symphony系統(tǒng)仿真部分。Symphony 可以在Serenade 文件夾（一種計(jì)算機(jī)標(biāo)原理圖獲取、布局、和仿真環(huán)境）下面運(yùn)行。它是一個(gè)可以仿真有射頻、微波和數(shù)字

24、部分組成的通信系統(tǒng)的軟件工具。Symphony 添加了針對(duì)外圍環(huán)境的高效的模擬、數(shù)字混合方式（模擬和數(shù)字）和系統(tǒng)分析能力。使用者能夠很快的構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)包括大量元件的庫里的射頻部分的模擬和數(shù)字信號(hào)處理。像信道編碼，模擬和數(shù)字信號(hào)處理濾波器，放大器，晶體震蕩器衰減信道模型。這些都能使設(shè)計(jì)者們迅速的組建有線的或者無線系統(tǒng)。由于系統(tǒng)自帶了那么多模型，因此設(shè)計(jì)者只需要對(duì)元器件鍵入很少的關(guān)鍵特征。它也能夠?qū)€性或非線性系統(tǒng)進(jìn)行徹底的操作。它也能輸

25、出例如增益、噪聲和在時(shí)域或者頻域上的誤碼率。針對(duì)不同的設(shè)計(jì)方法，在早期階段的時(shí)候它就能夠迅速的檢查，以減少設(shè)計(jì)周期時(shí)間和避免由于射頻和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)之間的互相干擾而造成的高成本的重新設(shè)計(jì)。一旦一個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被確認(rèn)了那么一個(gè)自上而下的設(shè)計(jì)流程就能被完成。一個(gè)系統(tǒng)的誤碼率能夠基于完整的系統(tǒng)分析而計(jì)算出來。對(duì)射頻的描述，例如阻抗不匹配，晶體震蕩器的相位噪聲和群延遲，在系統(tǒng)中（當(dāng)然包括噪聲，輸入功率，S參數(shù)和其他的輸入信號(hào)掃描分析）把誤碼

26、率的計(jì)算作為一個(gè)任何參數(shù)的函數(shù)。,Ansoft Serenade界面,Ansoft Ensemble,Ansoft Ensemble是一個(gè)針對(duì)射頻和微波的平面電磁仿真軟件。它是一個(gè)對(duì)微帶線和像濾波器、功分器和天線一類的平面微波結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算S參數(shù)和全波場(chǎng)的仿真軟件包。Ensemble軟件包包括一個(gè)從底部開始的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)布局，一個(gè)仿真器和一個(gè)可顯示數(shù)據(jù)的后處理器。該軟件沒有用傳統(tǒng)的“cut-and-try” 原型，減少了生成的誤差。下

27、面是它的一些功能： 1、仿真分析 包括 s參數(shù), y參數(shù), 和 z參數(shù)。遠(yuǎn)場(chǎng)近場(chǎng)輻射。表面電流等。 2、Ensemble 的應(yīng)用 PCB布線和路徑的仿真。多層微波包裝。微波整合電路。超級(jí)微波整合電路。平面天線和隊(duì)列。電路元件創(chuàng)建。 3、天線設(shè)計(jì) 分析圓極化。左旋圓極化和右旋圓極化的遠(yuǎn)場(chǎng)圖。增益和軸向輻射。交叉極化和共極化場(chǎng)等。 4、圖形特征： 計(jì)算控制初始設(shè)計(jì)的大小。DXF and GD

28、S 的輸入和輸出。史密斯圓圖，極化圖和矩形圖。遠(yuǎn)場(chǎng)圖。波形計(jì)算等。,Ansoft Ensemble界面,Sonnet,Sonnet界面,Zeland Software, Inc,IE3D Electromagnetic Simulation and Optimization Packag, the FIDELITY Full-3D Time-Domain Electromagnetic Simulator, the MDSPICE M

29、ixed Frequency Domain and Time Domain SPICE Simulator and the COCAFIL Coupled Cavity Filter Synthesis Package. The IE3D is a full-wave, method of moment (MOM) simulator solving the current distribution on 3D and multi-l

30、ayered structures of general shape. The FIDELITY is a full-wave, non-uniform finite-difference time-domain (FDTD) simulator solving the near field in structures of complicated dielectrics. The MDSPICE is a new type simul

31、ator containing a time-domain simulation engine and a frequency domain simulation engine. The most significant feature of the MDSPICE is that it can perform robust, accurate and efficient time domain simulation based upo

32、n s-(y-,z-) parameter frequency responses. It also has the wide band SPICE model extraction capability for coupled transmission lines and interconnects. The COCAFIL is a mode-matching based rectangular waveguide filter s

33、ynthesis program. The 4 simulators are suitable for the design of microwave circuits, microwave and milli-meter wave integrated circuits (MMICs), RF printed circuits, HTS circuits and filters, microstrip patch antennas,

34、 wire antennas, various kinds of wireless antennas, waveguide antennas and circuits, IC transmission lines and circuits, IC packaging, EMC/EMI, electromagnetic applications in medical sciences.,IE3D界面,FIDELITY,CST Microw

35、ave studio,CST MICROWAVE STUDIO是CST公司為快速、精確仿真電磁場(chǎng)高頻問題而專門開發(fā)的EDA工具，是基于PC機(jī)Windows環(huán)境下的仿真軟件。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有：移動(dòng)通信、無線設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性和電磁兼容(EMC)等。具體應(yīng)用包括：偶合器、濾波器、平面結(jié)構(gòu)電路、聯(lián)結(jié)器、IC封裝、各種類型天線、微波元器件、藍(lán)牙技術(shù)和電磁兼容/干擾等。MWS提供三個(gè)解算器，四種求解方式。它們是時(shí)域解算器、頻域解算器和本征模解算器

36、。四種求解方式分別為傳輸問題的頻域解、時(shí)域解、模式分析解和諧振問題的本征模解。同時(shí)也提供各種有效的CAD輸入選項(xiàng)和SPICE參數(shù)的提取。另外，CST MWS通過調(diào)用CST DESIGN STUDIO?而內(nèi)含一個(gè)巨大的設(shè)計(jì)環(huán)境庫，CST DESIGN STUDIO?本身也提供外部仿真器的聯(lián)結(jié)。應(yīng)用：各種天線、連接器、諧振腔、蜂窩電話、同軸連接器、偶合濾波器、共面結(jié)構(gòu)、串?dāng)_問題、介質(zhì)濾波器、雙工器、高速數(shù)字設(shè)備、喇叭天線、IC封裝、互聯(lián)

37、器、微帶濾波器、帶狀線結(jié)構(gòu)、微波加熱、微波等離子源、多芯連接器、毫米波集成電路、多層結(jié)構(gòu)、多路復(fù)用器、光學(xué)組件、微帶天線、平面結(jié)構(gòu)、功分器、偏光器、雷達(dá)/雷達(dá)截面(RCS)、SAR計(jì)算/解剖設(shè)備、傳感器、屏蔽問題、開槽天線、芯片系統(tǒng)、時(shí)域反射計(jì)(TDR) 、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、無線設(shè)備……,CST Microwave studio界面,場(chǎng)圖,MAFIA,Ansoft HFSS軟件簡(jiǎn)介,Ansoft HFSS軟件是適用于射頻、無線通信、封裝及光電

38、子設(shè)計(jì)的任意形狀三維電磁場(chǎng)仿真的軟件。ANSOFT HFSS是業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)仿真軟件包，它必將為射頻、無線通信、封裝及光電子產(chǎn)品新功能的開發(fā)提供嶄新高效的研究手段。本軟件徹底擺脫了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，大大減少了研制費(fèi)用和時(shí)間，加快產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的步伐。HFSS提供了一簡(jiǎn)潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面、精確自適應(yīng)的場(chǎng)求解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計(jì)算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場(chǎng)。ANSOFT HFSS充分利用

39、了如自動(dòng)匹配網(wǎng)格產(chǎn)生及加密、切線向矢量有限元、ALPS(Adaptive Lanczos Pade Sweep)和模式-節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換（Mode-node）等的先進(jìn)技術(shù)，從而使操作人員可利用有限元法(FEM) 在自己的電腦少對(duì)任意形狀的三維無源結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真。HFSS自動(dòng)計(jì)算多個(gè)自適應(yīng)的解決方案，直到滿足用戶指定的收斂要求值。其基于MAXWELL（麥克斯韋）方程的場(chǎng)求解方案能精確預(yù)測(cè)所有高頻性能，如散射、模式轉(zhuǎn)換、材料和輻射引起的損耗

40、等。用高效率的計(jì)算機(jī)虛擬模型的方法來取代費(fèi)時(shí)費(fèi)力的“cut-and-try”試驗(yàn)方法，可大大縮短設(shè)計(jì)周期。仿真分析諸如天線、微波轉(zhuǎn)換器、發(fā)射設(shè)備、波導(dǎo)器件、射頻濾波器和任意三維非連續(xù)性等復(fù)雜問題，已簡(jiǎn)單化成只需畫結(jié)構(gòu)圖、定義材料性能、設(shè)置端口和邊界條件。HFSS自動(dòng)產(chǎn)生場(chǎng)求解方案、端口特性和S參數(shù)。其S參數(shù)結(jié)果可輸出到通用的線性和非線性電路仿真器中來使用。 ANSOFT HFSS的自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù)使FEM方法得以實(shí)用化。初始網(wǎng)格（

41、將幾何子分為四面體單元）的產(chǎn)生是以幾何結(jié)構(gòu)形狀為基礎(chǔ)的，利用初始網(wǎng)格可以快速解算并提供場(chǎng)解信息，以區(qū)分出高場(chǎng)強(qiáng)或大梯度的場(chǎng)分布區(qū)域。然后只在需要的區(qū)域?qū)⒕W(wǎng)格加密細(xì)化，其迭代法求解技術(shù)節(jié)省計(jì)算資源并獲得最大精確度。必要時(shí)還可方便地使用人工網(wǎng)格化來引導(dǎo)優(yōu)化加速網(wǎng)格細(xì)化匹配的解決方案。HFSS采用高階基函數(shù)、對(duì)稱性和周期邊界等方法，從而節(jié)省計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存，進(jìn)一步加大求解問題的規(guī)模并加速求解的速度。,Ansoft HFSS軟件功能,HFSS軟

42、件還有強(qiáng)大的繪圖功能。它可以與AutoCAD完全兼容，完全集成ACIS固態(tài)建模器。 它擁有先進(jìn)的材料庫綜合的材料數(shù)據(jù)庫包括了常用物質(zhì)的介電常數(shù)、滲透率、電磁損耗正切。用戶在仿真中可分析均勻材料、非均勻材料、各向異性材料、導(dǎo)電材料、阻性材料和半導(dǎo)體材料。 ANSOFT HFSS軟件含有一個(gè)龐大的庫，用該庫可參數(shù)化定義以下標(biāo)準(zhǔn)形狀：微帶T行結(jié)、寬邊耦合線、斜接彎和非斜接彎、半圓彎和非對(duì)稱彎、圓螺旋和方螺旋、混合T接頭、貼片天線、

43、60;螺旋幾何Ansoft HFSS軟件強(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能，它可以計(jì)算下列問題：計(jì)算天線參量，如增益、方向性、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖剖面、遠(yuǎn)場(chǎng)3D圖和3dB帶寬。繪制極化特性，包括球形場(chǎng)分量、圓極化場(chǎng)分量、Ludwig第三定義場(chǎng)分量和軸比。二分之一、四分之一、八分之一對(duì)稱模型并自動(dòng)計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。Ansoft HFSS擁有強(qiáng)大的場(chǎng)后處理器：產(chǎn)生生動(dòng)逼真的場(chǎng)型動(dòng)畫圖，包括矢量圖、等高線圖、陰影等高線圖。任意表面，包括物體表面、任意剖面、

44、3D物體表面和3D相等面的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖形。動(dòng)態(tài)矢量場(chǎng)、標(biāo)量場(chǎng)或任何用場(chǎng)計(jì)算器推導(dǎo)出的量。,Ansoft HFSS軟件的優(yōu)勢(shì),Ansoft有自己的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：由Ansoft Designer和Ansoft HFSS構(gòu)成的Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案，它以Ansoft公司居于領(lǐng)先地位的電磁場(chǎng)仿真工具為基礎(chǔ)，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級(jí)的快速而精確的設(shè)計(jì)手段，覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。 其集成化

45、的設(shè)計(jì)環(huán)境和獨(dú)有的“按需求解"技術(shù)使設(shè)計(jì)工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)的各個(gè)階段都能充分考慮結(jié)構(gòu)的電磁效應(yīng)對(duì)性能的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程的完全控制，從而進(jìn)一步提高了仿真精度，完成整個(gè)高頻系統(tǒng)的端對(duì)端設(shè)計(jì)。,HFSS 9.0,Optimatrics,OPTIMETRICS，是ANSOFT 三維電磁場(chǎng)解算器的優(yōu)化模塊，該模塊向ANSOFT用戶提供了集成的參數(shù)化、敏感性、優(yōu)化能力。OPTIMETRICS從一非常簡(jiǎn)潔易用的界面執(zhí)行參數(shù)分析、敏感性分

46、析、優(yōu)化和其他設(shè)計(jì)研究。OPTIMETRICS可用于諸如射頻、微波及無線通信中如：蜂窩電話、天線和微波電路等高頻產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析中。功能：優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)牛頓法模式搜索法參數(shù)化分析靈敏度分析,注： 只有HFSS 8.0、HFSS8.5需要提供外部?jī)?yōu)化器。HFSS 5.0、7.0和9.0以后的版本身帶有優(yōu)化器。,Optimatrics界面,Ansoft Links,提供Ansoft電路分析軟件和場(chǎng)分析軟件之間的關(guān)聯(lián)。提供Ansof

47、t電路分析軟件和場(chǎng)分析軟件與第三方軟件的關(guān)聯(lián)最新版本的HFSS減少了對(duì)此軟件的依賴。,ANSYS的產(chǎn)品家族,Ansys,ANSYS是一種廣泛的商業(yè)套裝工程分析軟件。該軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的

48、耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 這里還是著重介紹電磁場(chǎng)方面。在該軟件的電磁場(chǎng)部分，它主要設(shè)計(jì)以下幾個(gè)方面：2D、3D及軸對(duì)稱靜磁場(chǎng)分析及軸對(duì)

49、稱時(shí)變磁場(chǎng)交流磁場(chǎng)分析。靜電場(chǎng)、AC電場(chǎng)分析，電路分析：包括電阻、電容、電感等。電路、磁場(chǎng)耦合分析 。電磁兼容分析。 高頻電磁場(chǎng)分析。 計(jì)算洛倫磁力和焦耳熱/力。主要應(yīng)用于：螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、天線輻射、等離子體裝置、磁懸浮裝置磁成像系統(tǒng)、電解槽及無損檢測(cè)裝置等。,Ansys界面,Empire,EMPIRETM （Electro Magnetic field simulator for the analysis

50、 of Packages, Interconnects, Radiators, waveguide Elements EMPIRE(TM))是基于有限差分法(FDTD)的多用途3D電磁場(chǎng)仿真器。該軟件可用于接頭、封裝、輻射、波導(dǎo)元件和電磁兼容地分析。 Originally intended to analyze planar passive structures, the EMPIRE(TM) simulator was conti

51、nuously extended to capture more and more high frequency applications. It has proven its functionality in numerous comparisons with measurements and was successfully applied in many different microwave component designs.

52、 The method is based on the most efficient algorithm known which is very accurate and simplification is hardly necessary since it solves the discretized Maxwell's equations directly.,Ganymede界面,Empire界面,XFDTD,XFDTD 是

53、基于時(shí)域有限差分法(FDTD)的三維全波電磁場(chǎng)求解器。Remcom公司從1994年開始提供商用軟件XFDTD。該軟件最早用于仿真蜂窩電話?，F(xiàn)在用于無線、微波電路、雷達(dá)散射計(jì)算，化學(xué)、光學(xué)、陸基警戒雷達(dá)和生物組織仿真。XFDTD用戶界面友好、計(jì)算準(zhǔn)確。XFDTD本身沒有優(yōu)化功能。須通過第三方軟件Engineous完成優(yōu)化。,XFDTD輸入界面,XFDTD求解界面,WinFEKO,FEKO是一個(gè)德文短語（FEldberechnung b

54、ei K¨orpern mit beliebiger Oberfl¨ache ）的縮寫。其含義為“包含任意物體的場(chǎng)計(jì)算”。正如FEKO這個(gè)名字所提示的，F(xiàn)EKO能夠用于包含任意形狀物體的各種類型的電磁場(chǎng)分析。The program FEKO is based on the Method of Moments (MoM). Electromagnetic fields are obtained by first ca

55、lculating the electric surface currents on conducting surfaces and equivalent electric and magnetic surface currents on the surface of a dielectric solid. The currents are calculated using a linear combination of basis f

56、unctions, where the coefficients are obtained by solving a system of linear equations. Once the current distribution is known, further parameters can be obtained e.g. the near field, the far field, radar cross sections,

57、directivity or the input impedance of antennas.Electrically large problems are usually solved with either the Physical Optics (PO) approximation and its extensions or the Uniform Theory of Diffraction (UTD). In FEKO the

58、se formulations are hybridised with the MoM at the level of the interaction matrix1. This is a major step in addressing the problem of solving electromagnetic problems where the object under consideration is too large (i

59、n terms of wavelengths) to solve with the MoM but too small to apply only the asymptotic UTD approximation with high accuracy. With the hybrid MoM/PO or hybrid MoM/UTD techniques, critical regions of the structure can be

60、 considered using the MoM and the remaining regions (usually larger, flat or curved metallic surfaces) using the PO approximation or UTD.Only time domain harmonic sources are supported in the current version, and conseq

61、uently calculation is done in the frequency domain. FEKO uses the ejωt time convention. Different sources are available including an incident plane wave, various voltage gap formulations (between wire segments), and a ma

62、gnetic ring current (TEM-Frill, with which a coaxial feed can be modelled).,WinFEKO界面,NEC & Super NEC,Numerical Electromagnetics Code (NEC)也是一個(gè)以矩量法（MOM)和歸一化衍射理論 (UTD).為基礎(chǔ)的仿真軟件。它使用的矩量法與其它軟件使用矩量法不同的是它不是以層狀媒質(zhì)中的Green函數(shù)為基

63、礎(chǔ)，而是以自由空間的Green函數(shù)為基礎(chǔ)。NEC & Super NEC更適合各類線天線的分析以及復(fù)雜物體（例如：飛機(jī)、直升飛機(jī)等）散射特性的計(jì)算。NEC & Super NEC必須工作在MATLAB平臺(tái)之上。,Super NEC 2.7的圖形輸入界面,Super NEC 3D圖形輸出,微 波 CAD 軟 件 簡(jiǎn) 介,,,,微 波 CAD 軟 件 簡(jiǎn) 介,微 波 CAD 軟 件 簡(jiǎn) 介,結(jié)束語,沒有一種軟

64、件能夠解決所有的微波工程問題。每一種軟件都有自己的優(yōu)點(diǎn)。也有一定的局限性。有經(jīng)驗(yàn)的用戶會(huì)針對(duì)不同的微波工程問題，選擇使用合適的軟件，使計(jì)算準(zhǔn)確、快速。一般來說，微波工程中的2D問題，不提倡使用3D軟件求解。另外，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者也會(huì)使用一種以上的軟件驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果?？梢允褂媒馕龇椒ㄇ蠼獾膯栴}，一般不提倡使用數(shù)值方法。解析方法的計(jì)算結(jié)果最準(zhǔn)、計(jì)算速度也是最快的。使用仿真軟件的最新趨勢(shì)是仿真軟件組合應(yīng)用。例如：Ansoft HFSS與Ans

65、oft Designer組合。CST Microwave Studio與CST Design Studio組合。這樣可以發(fā)揮兩種軟件的優(yōu)點(diǎn)，使計(jì)算達(dá)到快速準(zhǔn)確的目的。,參考文獻(xiàn),A. Hoorfar and V. Jamnejad “Electromagnetic Modeling and Analysis of Wireless Communicaion Antennas” IEEE Microwave Magazine, March

66、 2003, P51-67J. C. Rautio “Planar Electromagnetic Analysis” IEEE Microwave Magazine, March 2003, P35-41Daniel G. Swanson, Jr. Wolfgang J. R. Hoefer “Microwave Circuit Modeling Using Electromagnetic Field Simulation” Ar