微波EDA 電磁仿真軟件大觀

　
微波系統(tǒng)的設(shè)計越來越復(fù)雜對電路的指標(biāo)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(shè)計周期卻越來越短傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計的需要。使用微波EDA 軟件工具進行微波元器件與微波系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)成為微波電路設(shè)計的必然趨勢。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 都面臨著一個嶄新的發(fā)展階段，電路的設(shè)計與工藝研制日益復(fù)雜化，如何進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)計的一個焦點，而EDA 技術(shù)是設(shè)計的關(guān)鍵EDA 技術(shù)的范疇包括電子工程設(shè)計師進行產(chǎn)品開發(fā)的全過程以及電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中期望由計算機提供的各種輔助功能。一方面EDA 技術(shù)可為系統(tǒng)級電路級和物理實現(xiàn)級三個層次上的輔助設(shè)計過程；

　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)展完善起來的大型綜合設(shè)計軟件。是美國安捷倫公司開發(fā)的大型綜合設(shè)計軟件是為系統(tǒng)和電路從電路元件的仿真模式識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)用戶的需要自動產(chǎn)生關(guān)鍵的無源器件模式，該軟件范圍涵蓋了小至元器件大到系統(tǒng)級的設(shè)計和分析，尤其是其強大的仿真設(shè)計手段可在時域或頻域內(nèi)實現(xiàn)對數(shù)字或模擬線性或非線性電路的綜合仿真分析與優(yōu)化并可對設(shè)計結(jié)果進行成品率分析與優(yōu)化。從而大大提高了復(fù)雜電路的設(shè)計效率使之成為設(shè)計人員的有效工具。

（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)計的EDA 工具。SonnetTM 應(yīng)用于平面高頻電磁場分析頻率從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 板干擾分析橋式螺線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 仿真軟件

IE3D 是一個基于矩量法的電磁場仿真工具?？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線電線和其它形式的RF 天線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非常有用的工具。

（4）Microwave Office

“Microwave Office”軟件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于由集總元件構(gòu)成的電路用電路的方法來處理較為簡便。該軟件設(shè)有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的方法較為有效。該軟件采用的是”EMSight”的模擬器來處理任何多層平面結(jié)構(gòu)的三維電磁場的問題。

　　
“VoltaireXL” 模擬器內(nèi)設(shè)一個元件庫在建立電路模型時可以調(diào)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，非線性器件有雙極晶體管 場效應(yīng)晶體管二極管等等。

　　
“EMSight”模擬器是一個三維電磁場模擬程序包可用于平面高頻電路和天線結(jié)構(gòu)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(shù)結(jié)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載牽引，提高對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某些復(fù)雜問題的仿真更加有效。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高頻問題而專門開發(fā)的EDA 工具。是基于PC 機Windows 環(huán)境下的仿真軟件它主要應(yīng)用在復(fù)雜設(shè)計和更高的諧振結(jié)構(gòu)，CST DS 通過散射參數(shù)使電磁場元件結(jié)合在一起把復(fù)雜的系統(tǒng)分離成更小的子單元通過對系統(tǒng)每一個單元行為的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)分成小部分而沒有影響系統(tǒng)的準確性。

（2）FIDELITY

FIDELITY 是基于非均勻網(wǎng)格的時域有限差分方法的全三維電磁場仿真器。可以解決具有復(fù)雜填充介質(zhì)求解域的場分布問題。

（4）IMST Empire

IMST Empire 是一種3D 電磁場仿真軟件它是一種基于3D 的時域有限差分的方法。這種方法已經(jīng)變成RF 元件設(shè)計的標(biāo)準它的應(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EMC 問題EMPIRE 基本覆蓋了RF 設(shè)計3D 場仿真的整個領(lǐng)域。根據(jù)用戶的定義的頻率范圍一次的仿真的運行就可以得到散射參數(shù)輻射參數(shù)和輻射場圖對于結(jié)構(gòu)的定義。3D 編輯器集成到EMPIRE 軟件中AUTOCADTM 是一個流行的機械畫圖工具，可以在EMPIRE 環(huán)境中使用監(jiān)視窗口和動畫可以給出電磁波的現(xiàn)象并獲得準確的結(jié)果。

1.Ansoft HFSS

Ansoft HFSS 是世界上第一個商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件?？煞治龇抡嫒我馊S無源結(jié)構(gòu)的高頻電磁場可直接得到特征阻抗傳播常數(shù)S 參數(shù)及電磁場輻射場天線方向圖等結(jié)果。該軟件被廣泛應(yīng)用于無線和有線通信，計算機，衛(wèi)星雷達，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利技術(shù)集成了工業(yè)標(biāo)準的建模系統(tǒng)。提供了功能強大使用靈活的宏語言直觀的后處理器及獨有的場計算器?？捎嬎惴诛@示各種復(fù)雜的電磁場并利用Optimetrics 可對任意的參數(shù)進行優(yōu)化和掃描分析。使用Ansoft HFSS 可以計算1 基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題近遠場輻射問題，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)計中起到越來越重要的作用大幅度降低了產(chǎn)品的開發(fā)周期和研制費用?；究梢宰龅揭淮卧O(shè)計一次完成仿真結(jié)果與實驗測試結(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行效率，需要有準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。