微波设计及仿真软件的介绍.doc

海量资料 超值下载微波设计及仿真软件的介绍一、 实验目的1 微波设计软件的了解；2 微波电路的仿真设计过程。 二、 实验原理微波电路的CAD软件大致可以分成下面几类： 线性/非线性微波电路仿真软件； 2.5D平面电路电磁场仿真软件； 3D电磁场仿真软件； 系统仿真软件； 专用电路的设计软件。 排版软件微波电路计算计辅助设计（CAD）技术是电子设计自动化（EDA）技术的一个分支，用于射频及微波电路的计算机仿真和优化设计。表3-1所示为主要的微波电路CAD软件。表3-1 主要的微波电路CAD软件简介序号名称主要性能厂商1ADS 综合软件包Agilent 2Sverenade综合软件包Ansoft3MW Office线性/非线性电路、2.5D电磁场仿真AWR4GENESYS 线性/非线性电路、滤波器设计等Eagleware5MMICAD线性/非线性电路设计OPTOTEK6Momentum2.5D平面电路电磁场仿真Agilent7Ensemble2.5D平面电路电磁场仿真Ansoft8em2.5D平面电路电磁场仿真Sonnet9HFSS3D电磁场仿真Ansoft10MW Studio3D电磁场仿真CST11Symphony系统仿真Ansoft12Clementine共形天线设计Ansoft13Protel电路板布线PROTEL14AutoCAD电路板布线Autodesk(一) 微波电路CAD的特点及主要内容与其它电子EDA技术相比，微波电路CAD软件具有以下几个特点： 必须有精确的传输线模型和各种器件模型； 有时必须采用电磁场仿真等数值仿真工具； 一般都具有S参数分析的功能。在微波电路CAD技术中，各种传输线及其不均匀区模型、元件之间的寄生耦合模型以及微波有源器件的非线性模型等，在技术上的难度都非常大。微波电路CAD包括线性微波电路的S参数计算、直流分析、线性/非线性噪声分析、非线性电路的瞬态分析、非线性电路的谐波分析（功率压缩、交调和谐波特性等）、优化设计、容差分析、2.5D及3D电磁场仿真、布线和版图设计等，甚至还可以包括微波器件的建模和参数提取以及计算机辅助测试。我们将根据表1，简要介绍其中几种。Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦公司为系统和电路工程师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天防御的应用，从最简单到最复杂，从离散射频微波模块到集成MMIC。从电路元件的仿真，模式识别的提取，新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。该软件可以在微机上运行，其前身是工作站运行的版本MDS（Microwave Design System）。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导，可以使用智能化的设计规范的用户界面来分析和综合射频微波回路集总元滤波器，并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件，大到系统级的设计和分析。尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或非线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，使之成为设计人员的有效工具。Microwave Office，是AWR公司推出的微波EDA软件，为微波平面电路设计提供了最完整, 最快速和最精确的解答。它是通过两个模拟器来对微波平面电路进行模拟和仿真的。对于由集总元件构成的电路，用电路的方法来处理较为简便；该软件设有VoltaireXL的模拟器来处理集总元件构成的微波平面电路问题。而对于由具体的微带几何图形构成的分布参数微波平面电路则采用场的方法较为有效；该软件采用的是EMSight的模拟器来处理任何多层平面结构的三维电磁场的问题。VoltaireXL 模拟器内设一个元件库，在建立电路模型时，可以调出微波电路所用的元件，其中无源器件有电感、电阻、电容、谐振电路、微带线、带状线、同轴线等等，非线性器件有双极晶体管， 场效应晶体管，二极管等等。EMSight模拟器是一个三维电磁场模拟程序包，可用于平面高频电路和天线结构的分析。特点是把修正谱域矩量法与直观的视窗图形用户界面(GUI）技术结合起来，使得计算速度加快许多。MWO可以分析射频集成电路(RFIC）、微波单片集成电路(MMIC）、 微带贴片天线和高速印制电路(PCB）等电路的电气特性。Ansoft HFSS，是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件；是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的电子设计工业标准。HFSS提供了一简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。HFSS软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。使用HFSS，可以计算： 基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题； 端口特征阻抗和传输常数； S参数和相应端口阻抗的归一化S参数； 结构的本征模或谐振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。(二) 常用的分析方法线性电路：采用等效电路模型和S参数矩阵级联计算。非线性电路：Spice、谐波平衡法、包络仿真法等。电磁场仿真：常采用矩量法和有限元法等数值计算方法。(三) 优化给定电路的网络拓扑结构、各个元件的初始值，以及电路的设计指标的目标参数，CAD软件将自动改变各元件值，直到满足要求。CAD软件通常都具有的，也是最常用的优化方法是随机优化和梯度法。当然，一些软件还提供了其它的优化方法供选择。(四) 设计步骤微波电路CAD设计的步骤可大致总结如下： 根据技术性能指标的要求，选择半导体器件。 对于不需要半导体器件的微波无源电路，根据技术性能指标的要求，选择网络拓扑结构。 根据所选器件的具体参数，设计匹配电路的拓扑结构。 确定（或计算）电路中各个元件的初始值。 根据技术性能指标的要求，设置优化目标（或参数）。 根据经验或试验性地选择若干优化变量（或元件）。 选择优化方法，并进行优化。 进行容差分析。 进行版图的设计并输出版图。 进行性能指标的复核，进行版图的检查，并提出结构设计的要求。(五) 几点经验和建议 必须保证器件选择、匹配电路或网络拓扑设计的正确性。 电路中各元件初始值的选择应尽量准确。这将有利于优化计算的快速收敛，并保证优化设计能够达到全局最优点，而不是局部的极小（或极大）点。 对于存在多个优化目标参数的一般情况，应根据实际的需要，分出主次或考虑折衷，并进行加权。 关于优化变量（或元件）的选择，一方面可以根据自己的经验，另一方面也可以先选择其中几个进行试探。特别是当元件（或变量）较多时，一般不主张都选择为优化变量。 对于优化方法的选择，通常是先随