介紹較流行的幾種微波EDA軟件的功能

　　杭州PCB公司-緯亞電子訊：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,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( FDT
D – Finite Difference Time Domain ），和有限積分法( FIT – Finite Integrati
on 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 Usi
ng the FDTD Method，④ Complex eletromagnetic problems and numerical Simulat
ion 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 EMPI
RE和XFDTD，使用有限積分法( FIT ） 的微波EDA軟件有CST Microwave Studio和CST M
afia。

    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，是內各大學和研究所使用多的軟件之一。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。現在新的版本是ADS2005A。

　　 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
新的視窗技術，是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。現在新的版本是
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
征模或諧振解。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。現在新的版本是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
完整, 快速和精確的解答。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"Voltair
eXL"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。 杭州PCB|杭州smt

　　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，須通過三方軟件En
gineous完成優化。該軟件早用于仿真蜂窩電話，長于手機天線和SAR計算。現在廣泛
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；MGR
ID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。軟件新版本為Zeland IE3D10.0。

　　CST MICROWAVE STUDIO，是德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、S
Iwave 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，Ea
gleware-Elanix公司的Eagleware Genesys，和Super NEC等

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