微波eda

分析对象：强非线性微波电路、超高速脉冲数字电路可进行 电路的瞬态分析。
5. 微波电路的噪声分析
用于分析线性和非线性微波电路的噪声特性。例如低噪声
放大器的噪声分析，微波振荡器的相位噪声分析，晶体管 噪声模型参数提取等。

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6. 微波电路的优化设计

根据给定电路拓朴初值和电路设计指标，通过CAD优化算法，
用有限元法或矩量法分析场，速度慢，计算机内存占用大, 但通用性强，能解决其它软件不能解决的很多问题。
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基于电路分析的微波EDA技术 Circuit Theory Based CAD

[S]、[Y]、[ABCD]
基于网络分析，无法考虑辐射，耦合等效应，除非建立相应的模型，在 23 高频时精度下降


基于电磁场分析 Field Theory Based CAD 基于Maxwell 积分或差分方程求解，考虑了 损耗、辐射耦合效应
矩量法对filter 结构网格划分 24
两种方法求解时间对比
电路仿真

网络节点数N, 放大器级联网络计算时间正比于N3
电磁场仿真

较小的结构有较大的网格剖分数目 如前述滤波器N=476， 达到收敛条件网格数目加倍， 计算时间正比于N3
绪论
建模建库方法
微波EDA软件学习
微波电路分析方法
最优化方法与设计
微波电路设计
灵敏度与容差分析
考核方式
学生到课、作业、课 堂测试

平时考核（30%）：考核出勤和作业情况；

上机考核（20%）：考核上机实验报告情况；
实验报告

期末考核（50%）：期末考试卷面成绩。 开卷考试
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1.2 微波电路EDA
22基于电路分析的微波eda技术circuittheorybasedcadsyabcd基于网络分析无法考虑辐射耦合等效应除非建立相应的模型在高频时精度下降23fieldtheorybasedcad基于maxwell积分或差分方程求解考虑了损耗辐射耦合效应24矩量法对filter结构网格划分两种方法求解时间对比电路仿真网络节点数n放大器级联网络计算时间正比于n电路分析软件是从路的概念出发应用电压电流通过zya参数来分析微波电路但由于在微波频段难以得到恒定的电压源或电流源也不易得到真正的微波短路和开路所以要精确测量ay参数是很困难的
自动改变元件值，直到达最优性能。前面提到的软件都有 优化设计功能。
7.

容差分析和容差设计
根据电路性能指标要求，计算达到性能和一定成品率所 需元件的容差，并分析元件容差对电路性能的影响。通
过改变元件值使所生产的电路达到最高成品率。
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微波软件发展
微波EDA软件的大规模应用始于70 年代末。 1973.美国COMPACT公司开发的通 用微波电路分析和优化设计软件－ SUPER COMPACT 1983. EEsoft 开发了touchstone, 引 入了谐波平衡仿真。 1989. Professor Zoltan Cendes于卡 内基梅隆大学发布了HFSS，开启了 电磁场仿真的应用
在此之后，微波电路EDA蓬勃地发展起来，有许多专业微波电路CAD厂家 出现，其中有较大影响的包括大家比较熟悉的COMPACT公司，HP公司， EESOF公司，ANSOFT公司、APLACE Solutions Inc. 等。
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数值分析技术发展


特点 满足：高效（时间）、计算机存储限制 任何数值方法都是速度、准确度及存储计 算机性能的折衷。 比较常用的包括 FEM、MM、FDTD、 TLM、MoM
最大的困难： 电路中器件数学模型建立 电路拓扑结构的确定
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微波电路EDA相关的技术要素

优秀的软件设计环境
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精确的设计模型
8

数据库管理技术
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高效的数值优化方法
梯度法 直接比较法 梯度法、单纯形法、 随机优化法、遗传算法、 模拟退火法等

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微波电路设计相关软件分类



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直流仿真； 交流仿真； S参数仿真和优化； 瞬态分析； 小信号分析； 非线性电路分析（比如谐波平衡法）； 提供矩量法进行场仿真－Momentum； 系统仿真等
Agilent ADS
Advanced Design System (ADS)
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Advanced Design System (ADS)
优化

数据管道技术
优化方案控制
数据存储交换
电磁场计算
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优化设计步骤 1. 用户选定电路的拓扑结构和元件初值，设定 变量变化范围 2. 设定目标函数给定电路的设计指标 3. 软件自动改变电路的元件值使目标函数最小 4. 给出改变后的元件值 * 当微波电路非常复杂而优化参数较多时，优化 常常陷入局部极小点。这时，适当更改元件 初值或更换不同的话方法，常常可以获得好 的优化结果。
37
Advanced Design System (ADS)
38
Advanced Design System (ADS)
39
ADS提供了design guide，可以方便的设计功 分器、滤波器、功放及振荡器等器件。 ADS的界面清晰、整洁，易于操作
Advanced Design System (ADS)
微波电路EDA
1
微波电路EDA

教师：夏雷 答疑地点：电工学院科C307 电话：6183-1565



Email：75193971@
资料下载:腾讯微云 账号：731617702 密码：uestceda2014
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本门课的构成
微波电路EDA
课堂理论教学 （24学时） 上机实验 （8学时）
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1.3 数值计算方法
麦克斯韦方程组
矢量积分方程
矢量偏微方程
矢量波动方程
矩量法
有限元法
时域有限差分法
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1.3 计算电磁学方法
有限元法：Finite Element Method (FEM)
有限元法，是用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片 插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。

模块设计与验 证

IC Design
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Module Design
ADS 特点
• 整体通信系统与电路共仿真能力 • 齐全的仿真算法：-------同步数据流，线性与非线性，调制 信号分析。 • 易用的设计指导与设计实例/模板 --------- 滤波器设计， 阻抗匹配，低噪放设计，负载牵引，信号完整性分析……… • 与仪表连接能力，实现半实物仿真与设计验证
无线设计库
仪表连接
器件模型 设计指导
数据显示 与后处理
Ptolemy Synchronous Dataflow High Speed Interconnect Library
Momentum
Agilent Momentum HFSS RF
Model Composer

布板 优化统计
应用实例
100,000 器件库
矩量法是求解电磁场边界值问题中一种行之有效的数 值方法，其数学本质是一种求解线性方程的方法。 矩量法所做的工作是将积分方程化为差分方程,或将积 分方程中积分化为有限求和,从而建立代数方程组，它的
主要工作量是用计算机求解代数方程组。
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1.3 计算电磁学方法
时域有限差分法：Finite Difference Time Domain (FDTD)
ADS 结构
Agilent Advanced Design System 原理图输入
AC / S-Parameters
仿真器
New Harmonic Balance Circuit Envelope HF SPICE Convolution
Ptolemy Timed Synchronous Dataflow (TSDF)
系统设计软件(Designer, Agilent ADS) 绘图软件(Autocad、solidworks…) 工程加工软件(CAM350、protel 等） 热分析（Ansys、Flotherm等） 信号完整性分析（Siwave、ADS) 芯片设计(candence/IC-cap) 多层电路设计软件(Hyde)
时域有限差分法是一种在时域中求解的数值计算方法，在时间和空间域 中对Maxwell旋度方程的有限差分。FDTD方法模拟空间电磁性质的参数是 按空间网格给出的，只需给定相应空间点的媒质参数，就可模拟复杂的电 磁结构。
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MoM、FEM和FDTD比较
数值计算精度：MoM>FEM>FDTD
实施难度：MoM>FEM>FDTD 通用性：FEM=FDTD(3D)>MoM(2D/2.5D)
将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似 函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场 函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的 无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
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1.3 计算电磁学方法
矩量法：Method of Moments (MoM)
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Advanced Design System (ADS)
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不同设计之间的流畅的数据交流
---集成的平台
Communication Product Development 结构设计 设计子模块指标 系统级 验证

System Design
Board Design
射频板设计 模块集成

射频电路设计 模拟电路设计 DSP ASIC 设计
（Advanced Design System ）
Agilent ADS(Advanced Design System) 软件是在HP EESOF系列ED A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 司开发的大型综合设计软件是为系统和电路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。 是Agilent公司推出的微波电路和通信系统仿真软件，是国内各大 学和研究所使用最多的软件之一。其功能非常强大，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。主要应用于：射频和微波电路的 设计，通信系统的设计，DSP设计和向量仿真。

有Volterra级数法、时域法、频域法、谐波平衡法等。 分析对象包括各类非线性微波电路—功率放大器、振荡器、 混频器、倍频器、微波开关电路等。分析电路的谐波特性，

交调系数，1dB功率压缩点等。
3．电路的直流分析、系统仿真
能够计算有直流电源的微波电路各器件的直流工作点。
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4．非线性微波电路的瞬态分析
25
基于电路及电磁场仿真软件


电路分析软件是从路的概念出发，应用电压 电流通过Z、Y、A参数来分析微波电路，但由于在 微波频段难以得到恒定的电压源或电流源，也不易 得到真正的微波短路和开路，所以要精确测量A、Y 参数是很困难的. 从场的角度出发，应用边界条件求解 Maxwell方程，能得到电磁场分布，从而获得精确 的微波电路特性，以此为基础发展成现今的二维、 三维场分析软件。
√
MoM
FIT 电路板布线 FIT FDTD
电路板布线、腔体设计
29
本课程涉及的微波电路EDA软件
Advanced Design System (ADS)
ADS 2013
HFSS 15
High Frequency Structure Simulator (HFSS)
30
常用软件介绍
Agilent ADS
11
微波CAD软件功能


1. 线性微波电路分析
分析对象：包括线性微波无源电路和线性微波有源电路两 部份。线性微波无源电路包括微波滤波器 filter，耦合器 Coupler，阻抗匹配，传输线元件分析等。 线性微波有源电路—窄带、宽带小信号放大器（LNA），振 荡器起振条件分析等。

2. 非线性微波电路分析

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1.4 常用的微波电路EDA软件
厂商 Agilent Ansoft 软件 ADS HFSS Designer √ 电路/系统 √ 频域 MoM/FEM FEM MoM 时域
AWR
CST Remcom Protel Autodesk
MW Office
MW Studio XFDTD Protel AutoCAD
Electronic Design Automation
利用计算机的快速计算和逻辑判断能力 将设计问题用数学模型来描述，可考虑到各种寄生参量及环境影响， 并进行电路最优设计。
5
微波电路EDA的特点
优点：
设计质量高（多种指标折衷）。
设计速度快（对数学模型进行分析）。
能完成传统设计不能完成的任务（灵敏度和容差）。 节省了成本，提高了经济效益。 不足： 准备工作复杂。 难以实现全局最优
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HFSS
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，使用HFSS，可以计算： ① 基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题； ② 端口特征阻抗和传输常数； ③ S参数和相应端口阻抗的归一化S参数； ④ 结构的本征模或谐振解。