微波工程中的数值计算方法与计算机仿真软件介绍

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1、微波工程中的数值计算方法与计算机仿真技术电子科技大学物理电子学院贾宝富博士E-Mail:bfjia@uestc.edu.cnTel:(028)83201687历史回顾•英国物理学家J．C．Maxwell干1862年提出了位移电流的概念，并提出了“光与电磁现象有联系”的想法。•1865年，Maxwell在其论文中第一次使用了“电磁场”（electro一magneticfield）一词，并提出了电磁场方程组，推演了波方程，还论证了光是电磁波的一种。一百多年来的事实证明，建立在电磁场理论基础上的微波科学技术，对入类生活产生了极其巨大的影响。解析

2、方法与数值方法•早期人们解决微波工程中的设计与计算问题，基本上都采用解析方法Maxwell方程+规则边界=解析法•上世纪60年代，随着计算机技术的发展，开始采用数值计算技术解决不规则边界条件下微波工程问题的求解=数值法Maxwell方程+不规则边界常见的数值方法•频域：–差分法（FDM)微分型积分型–有限元法（FEM)–矩量法（MOM)–边界元法(BEM)–传输线法（TLM）•时域：–时域有限差分法（FDTD)–有限积分技术（FIT)数值解法根据空间变量分类•一维（1D）解法（传输线解，SPICE程序）–适用范围：场和源都是一维空间变量的

3、函数。–典型应用：传输线；平面波和电路等。•二维（2D）解法（MOM,TLM,FEM,FDTD）–适用范围：场和源都是两维空间变量的函数。–典型应用：TE10矩形波导；TEM波同轴线等。•二维半（2.5D）解法（MOM,TLM,FEM,FDTD）–适用范围：场是三维空间变量的函数，源是两维空间变量的函数。–典型应用：平面传输线（微带线，共面波导）、平面结构天线和多层结构器件（LTCC）等。•三维（3D）解法（FDM,MOM,TLM,FEM,FDTD,FIT）–适用范围：场和源都是三维空间变量的函数。–典型应用：可以求解所有的电磁场问题。常

4、见的仿真软件•系统仿真软件–AgilentADS（MOM+解析法)–MicrowaveOffice（MOM+解析法)–AnsoftDesigner（MOM+解析法)–CSTDesignStudio(解析法）•电磁场仿真软件–2.5D•AnsoftEsemble(MOM)•Sonnet(MOM)•IE3D(MOM)–3D•AnsoftHFSS（FEM)•Ansys(FEM)•CSTMicrowaveStudio(FIT)•CSTMafia(FIT)•EMPIRE(FDTD)•XFDTD(FDTD)•FEKO(MOM+PO/UTD)•Supe

5、rNEC(MOM+UTD)ADS(AdvancedDesignSystem)它是AgilentTechnoligyies公司推出的一套电路自动设计软件。AgilentTechnoligyies公司把已有产品HPMDS(MicrowaveDesignSystem)和HPEEsofIV(ElectronicEngineeringSoftware)两者的精华有机的结合起来，并增加了许多新的功能，构成了功能强大的ADS软件。ADS软件范围涵盖了小至元器件,大到系统级的设计和分析，主要包括RFIC设计软件、RF电路板设计软件、DSP专业设计软件、通

6、讯系统设计软件以及微波电路设计软件。ADS软件仿真手段丰富多样，可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析手段，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，是非常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具。不但其仿真性能优越,而且提供了功能强大的数据后处理能力。这对我们进行复杂、特殊电路的仿真、数据后处理及显示提供了可能。该软件切实考虑到工程实际中各种参数对系统的影响，对要求分析手段多样，运算量大的仿真分析，尤其适用。ADS软件可应用于整个现代通信系统及其子系统，能对通信系统进行快速、便捷、有

7、效的设计和仿真。这是以往任何自动设计软件都不能够的。所以，ADS已被广大电子工程技术人员接受，应用也愈加广泛。ADS主要应用•ADS功能非常强大，对整个现代通信系统及其子系统的设计和仿真提供支持。主要应用有以下几个主要方面：–射频和微波电路的设计（包括RFIC、RFBoard）。–DSP设计–通信系统的设计–向量仿真•每个设计本身又包括以下几个内容：–绘制原理图–系统仿真–布局图–Pspice原理图ADS界面MicrowaveOfficeMicrowaveOffice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

8、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。该软件设有一个叫“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