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微波射頻仿真軟件綜述和應用評析
微波系統的設計越來越復雜,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微波電路設計的需要,使用微波EDA
軟件工具進行微波元器件與微波系統的設計已經成為微波電路設計的必然趨勢。EDA即Electronic Design Automation,
電子設計自動化；目前,國外各種商業化的微波EDA 軟件工具不斷涌現，微波射頻領域主要的EDA 工具首推Agilent 公司的ADS
軟件和Ansoft 公司的HFSS、Designer 軟件，其次是比較小型的有Microwave Office, Ansoft
Serenade, CST, Zeland, XFDTD, Sonnet 等電路設計軟件。下面將會將會簡要地介紹一下各個微波EDA
軟件的功能特點和使用范圍，以期大家有個總體的了解。
微波EDA 仿真軟件與電磁場的數值算法密切相關，在介紹微波EDA
軟件之前先簡要的介紹一下微波電磁場理論的數值算法。所有的數值算法都是建立在Maxwell方程組之上的，了解Maxwell方程是學習電磁場數值算法的基礎；在頻域，數值算法有：有限元法
( FEM -- Finite Element Method）、矩量法( MoM -- Method of Moments），差分法(
FDM -- Finite Difference Methods），邊界元法( BEM -- ），和傳輸線法( TLM --
Transmission-Line-matrix Method），在時域，數值算法有：時域有限差分法( FDTD – Finite
Difference Time Domain ），和有限積分法( FIT – Finite Integration Technology
）。如果想進一步了解各種數值算法的具體實現，可以參閱以下幾本書籍：① Microwave Circuit Modeling Using
Electromagnetic Field Simulation, ② Numerical Techniques in
Electromagnetics, ③ Electromagmetic Simunation Using the FDTD
Method，④ Complex eletromagnetic problems and numerical Simulation
Approaches。
其中，使用矩量法 ( MoM ）的微波EDA軟件有ADS，Ansoft Designer，Microwave Office,
Zeland IE3D，Ansoft Esemble，Super NEC和FEKO；使用有限元法 ( FEM ） 的微波EDA軟件有HFSS和ANSYS；使用時域有限差分法(
FDTD ） 的微波EDA軟件有 EMPIRE和XFDTD，使用有限積分法( FIT ） 的微波EDA軟件有CST Microwave
Studio和CST Mafia。
下面來介紹較流行幾種的微波EDA軟件的功能和應用。
ADS – Advanced Design
System，是Agilent公司推出的微波電路和通信系統仿真軟件，是國內各大學和研究所使用最多的軟件之一。其功能非常強大，仿真手段豐富多樣，可實現包括時域和頻域、數字與模擬、線性與非線性、噪聲等多種仿真分析手段，并可對設計結果進行成品率分析與優化，從而大大提高了復雜電路的設計效率，是非常優秀的微波電路、系統信號鏈路的設計工具。主要應用于：射頻和微波電路的設計，通信系統的設計，DSP設計和向量仿真�，F
在常用的版本有ADS2006A，ADS2005A，ADS2004A。
Ansoft Designer，是Ansoft公司推出的微波電路和通信系統仿真軟件；它采用了最新的視窗技術，是第一個將高頻電路系統,版圖和電磁場仿真工具無縫地集成到同一個環境的設計工具，這種集成不是簡單和界面集成,其關鍵是Ansoft
Designer獨有的"按需求解"的技術,它使你能夠根據需要選擇求解器,從而實現對設計過程的完全控制。Ansoft
Designer實現了“所見即所得”的自動化版圖功能，版圖與原理圖自動同步，大大提高了版圖設計效率。同時,Ansoft還能方便地與其他設計軟件集成到一起，并可以和測試儀器連接，完成各種設計任務，如頻率合成器，鎖相環，通信系統，雷達系統以及放大器，混頻器，濾波器，移相器，功率分配器，合成器和微帶天線等。主要應用于：射頻和微波電路的設計，通信系統的設計，電路板和模塊設計，部件設計。現在常用的版本
有Ansoft
Designer 2.2，Ansoft Designer 2.1。
Ansoft HFSS，是Ansoft公司推出的三維電磁仿真軟件；是世界上第一個商業化的三維結構電磁場仿真軟件，業界公認的三維電磁場設計和分析的電子設計工業標準。HFSS提供了一簡潔直觀的用戶設計界面、精確自適應的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強大后處理器，能計算任意形狀三維無源結構的S參數和全波電磁場。HFSS軟件擁有強大的天線設計功能，它可以計算天線參量，如增益、方向性、遠場方向圖剖面、遠場3D圖和3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場分量、圓極化場分量、Ludwig第三定義場分量和軸比。使用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 端口特征阻抗和傳輸常數；③ S參數和相應端口阻抗的歸一化S參數；④
結構的本征�；蛑C振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer構成的Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎的高頻設計解決方案，提供了從系統到電路直至部件級的快速而精確的設計手段，覆蓋了高頻設計的所有環節。現在常用的版本
有Ansoft
HFSS 10，Ansoft HFSS 9.2。
Microwave Office，是AWR公司推出的微波EDA軟件，為微波平面電路設計提供了最完整,
最快速和最精確的解答。它是通過兩個模擬器來對微波平面電路進行模擬和仿真的。對于由集總元件構成的電路，用電路的方法來處理較為簡便；該軟件設有"VoltaireXL"的模擬器來處理集總元件構成的微波平面電路問題。而對于由具體的微帶幾何圖形構成的分布參數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，非線性器件有雙極晶體管，
場效應晶體管，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。MWO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�，F在常用的版本有Microwave
Office 2006，Microwave Office 2004
XFDTD，是Remcom公司推出的基于時域有限差分法(FDTD）的三維全波電磁場仿真軟件。XFDTD用戶界面友好、計算準確；但XFDTD本身沒有優化功能，須通過第三方軟件Engineous完成優化。該軟件最早用于仿真蜂窩電話，長于手機天線和SAR計算�，F在廣泛用于無線、微波電路、雷達散射計算，化學、光學、陸基警戒雷達和生物組織仿真。軟件最新版本為
XFDTD 6.0
Zeland IE3D，IE3D是一個基于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。IE3D可分為MGRID、MODUA和PATTERNVIEW三部分；MGRID為IE3D的前處理套件，功能有建立電路結構、設定基板與金屬材料的參數和設定模擬仿真參數；MOODUA是IE3D的核心執行套件，可執行電磁場的模擬仿真計算、性能參數（Smith園圖，S參數等）計算和執行參數優化計算；PATTERNVIEW是IE3D的后處理套件，可以將仿真計算結果，電磁場的分布以等高線或向量場的形式顯示出來。IE3D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；應用范圍主要是在微波射頻電路、多層印刷電路板、平面微帶天線設計的分析與設計。軟件最新版本為Zeland
IE3D10.0。
CST MICROWAVE STUDIO，是德國CST（Computer Simulation
Technology）公司推出的高頻三維電磁場仿真軟件。廣泛應用于移動通信、無線通信（藍牙系統）、信號集成和電磁兼容等領域。微波工作室使用簡潔，能為用戶的高頻設計提供直觀的電磁特性。微波工作室除了主要的時域求解器模塊外，還為某些特殊應用提供本征模及頻域求解器模塊。CAD文件的導入功能及SPICE參量的提取增強了設計的可能性并縮短了設計時間。另外，由于CST設計工作室的開放性體系結構能為其它仿真軟件提供鏈接，使微波工作室與其它設計環境相集成。
Sonnet，是一種基于矩量法的電磁仿真軟件，提供面向3D平面高頻電路設計系統以及在微波、毫米波領域和電磁兼容/電磁干擾設計的EDA工具。SonnetTM應用于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
板干擾分析、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 和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。
其他的微波射頻相關的EDA軟件還有Ansoft公司的Serenade 8.71、Esemble 8.0、SIwave
2.0、Ansoft Links 3.0、Optimatrics，CST公司的CST Mafia 4.1、CST Design
Studio、CST EM Studio 2.0，Zeland公司的Fidelity，Ansys公司的Ansys、FEKO，Eagleware-Elanix公司的Eagleware
Genesys，和Super NEC等。這里限于時間篇幅就不一一介紹了。如果大家想認真學習微波EDA相關軟件,本站（微波EDA網
http://www.tanchuguo.com）有很多微波軟件和和經典的學習使用教程。
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