微波電路及其CAD

1、微波電路及其微波電路及其CADCAD北京理工大學微波技術(shù)研究所北京理工大學微波技術(shù)研究所費元春費元春2微波電路微波電路CADCAD課程內(nèi)容：共七章課程內(nèi)容：共七章 一一. . 微波電路微波電路CADCAD的發(fā)展及其功能的發(fā)展及其功能( (微波電路微波電路 CADCAD的發(fā)展、軟件來源、軟件功能的發(fā)展、軟件來源、軟件功能) )二二. . 微波電路的計算機輔助分析（線性微波電路的計算機輔助分析（線性AYSAYS和和非線性非線性HBHB）三三. . 微波電路最優(yōu)化設(shè)計微波電路最優(yōu)化設(shè)計四四. . 微波電路敏感度容差分析微波電路敏感度容差分析五五. . 微波部件與電路的電磁仿真微波部件與電路的電磁仿真

2、六六. . 微波放大器的微波放大器的CADCAD七七. . 微波濾波器的微波濾波器的CADCAD3第一章第一章:微波電路微波電路CADCAD的發(fā)展及其功能的發(fā)展及其功能本章主要介紹微波電路本章主要介紹微波電路CAD的發(fā)展、軟件來的發(fā)展、軟件來源、軟件功能源、軟件功能第二章第二章 微波電路計算機輔助分析方法微波電路計算機輔助分析方法 本章主要介紹三種常用的線性電路分析本章主要介紹三種常用的線性電路分析 方法，包括方法，包括A.Y.S參數(shù)、矩陣法，非線性電路參數(shù)、矩陣法，非線性電路分析技術(shù)在最近分析技術(shù)在最近10年中發(fā)展很快，也有相應年中發(fā)展很快，也有相應的非線性分析軟件出現(xiàn)。的非線性分析軟件出現(xiàn)

3、。 作為補充內(nèi)容主要介紹目前微波非線性作為補充內(nèi)容主要介紹目前微波非線性CAD領(lǐng)域的狀況，介紹最通用的諧波平衡法領(lǐng)域的狀況，介紹最通用的諧波平衡法（HB）方法。）方法。4第三章第三章 微波電路最優(yōu)化設(shè)計微波電路最優(yōu)化設(shè)計 本章數(shù)學性很強，最優(yōu)化理論部分同學選修本章數(shù)學性很強，最優(yōu)化理論部分同學選修過，不好講，聽起來不好聽，自己看更費勁，過，不好講，聽起來不好聽，自己看更費勁，但這部分內(nèi)容又很重要。沒有最優(yōu)化，就沒但這部分內(nèi)容又很重要。沒有最優(yōu)化，就沒有有CADCAD，要在短時間內(nèi)講清，完全掌握，不容，要在短時間內(nèi)講清，完全掌握，不容易。擬將內(nèi)容濃縮，重點介紹最優(yōu)化的基本易。擬將內(nèi)容濃縮，重點介

4、紹最優(yōu)化的基本概念，挑選幾種有代表性的方法做介紹，了概念，挑選幾種有代表性的方法做介紹，了解最優(yōu)化是什么？重點介紹電路，避免復雜解最優(yōu)化是什么？重點介紹電路，避免復雜推導，希望大家對最優(yōu)化的基本問題有了解。推導，希望大家對最優(yōu)化的基本問題有了解。5第四章第四章 微波電路靈敏度與容差分析微波電路靈敏度與容差分析 靈敏度部分重點介紹靈敏度的定義和應用。容差部分，主要介紹基本的容差分析方法。近年來，容差設(shè)計很受重視，出現(xiàn)許多新概念、新分法。擬補充中心值估計和容差檢定。 6 第五章第五章 微波部件與電路的電磁仿真微波部件與電路的電磁仿真 介紹電磁仿真的基本原理，主介紹電磁仿真的基本原理，主要結(jié)合實例介

5、紹如何進行電磁要結(jié)合實例介紹如何進行電磁仿真。仿真。7第六章第六章 微波低噪聲放大器的微波低噪聲放大器的CAD 以有源小信號放大器為例介紹電路拓以有源小信號放大器為例介紹電路拓撲，設(shè)定初值，確定優(yōu)化算法，每步撲，設(shè)定初值，確定優(yōu)化算法，每步應當注意的問題，主要從電路應當注意的問題，主要從電路CADCAD設(shè)計設(shè)計角度出發(fā)，除放大器以外，對其它電角度出發(fā)，除放大器以外，對其它電路的設(shè)計也是普遍適用的。路的設(shè)計也是普遍適用的。8第七章第七章 微波濾波器的微波濾波器的CAD 結(jié)合在電子工程系統(tǒng)中大量應結(jié)合在電子工程系統(tǒng)中大量應用的射頻與微波濾波器，介紹用的射頻與微波濾波器，介紹典型實例的典型實例的CA

6、DCAD方法。方法。 9主要參考書主要參考書： 1.沈楚玉編著：微波電路的計算機輔助設(shè)計沈楚玉編著：微波電路的計算機輔助設(shè)計 西安交大出版社西安交大出版社 19902.高葆新編著：微波電路的計算機輔助設(shè)計高葆新編著：微波電路的計算機輔助設(shè)計 清華大學出版社清華大學出版社 1988 3.王惠功等編譯：非線性微波毫米波電路分析與設(shè)計，北京郵電王惠功等編譯：非線性微波毫米波電路分析與設(shè)計，北京郵電學院出版社學院出版社1991、 譯自譯自Slepnen A.Mass前五章前五章 5.Gapta K.C.etc. Computer Aided Design of Microwave Circuits D

7、idham MA:Artech House 1981 6.Computer-Aided Analysis of Nonlineer Microwave Circuits 共九章共九章 7.Rhea.Randall W.Oscillator design and Computer Simulation” 8.李潤旗等著李潤旗等著 微波電路微波電路CAD軟件應用技術(shù)軟件應用技術(shù) 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 1996 9.王家禮編著，微波電路王家禮編著，微波電路CAA與與CAD。西安電子科技大學出版社，。西安電子科技大學出版社，200310第一章第一章 微波電路微波電路CAD的發(fā)展及其功能的發(fā)展及

8、其功能 1. 微波電路微波電路CAD的發(fā)展的發(fā)展 計算機輔助設(shè)計（計算機輔助設(shè)計（Computer Aided DesignComputer Aided Design）簡稱）簡稱CADCAD。這。這是五十年代末發(fā)展起來的新設(shè)計技術(shù)，是計算機應用領(lǐng)域的一個是五十年代末發(fā)展起來的新設(shè)計技術(shù)，是計算機應用領(lǐng)域的一個重要方面。微波電路重要方面。微波電路CADCAD軟件，最早是在軟件，最早是在7070年代末美國康柏年代末美國康柏（CompactCompact）公司開發(fā)的通用微波電路分析和優(yōu)化設(shè)計軟件）公司開發(fā)的通用微波電路分析和優(yōu)化設(shè)計軟件Super Super CompactCompact，該軟件大約

9、在，該軟件大約在8080年代中傳入我國。年代中傳入我國。EESOFEESOF公司的公司的Touchstone Touchstone 軟件軟件,80,80年代日漸完善，年代日漸完善，8888年推出這套軟件時的功能年推出這套軟件時的功能還比較單一，僅限于線性分析，界面也不方便，版本逐年升級提還比較單一，僅限于線性分析，界面也不方便，版本逐年升級提高。到了高。到了9191年，年，HPHP公司推出公司推出MDSMDS、Libra Libra 軟件涌現(xiàn)出來了，功能軟件涌現(xiàn)出來了，功能由線性分析設(shè)計發(fā)展到非線性設(shè)計，近幾年又推出由線性分析設(shè)計發(fā)展到非線性設(shè)計，近幾年又推出ADSADS、APLACAPLAC

10、、CSTCST等微波軟件，性能相當完善，等微波軟件，性能相當完善，使用方便，界面很漂亮，面貌使用方便，界面很漂亮，面貌也煥然一新也煥然一新。11微波電路的軟件發(fā)展為何快？微波電路的軟件發(fā)展為何快？ 原因有兩方面：原因有兩方面：1.一是和微波電路在現(xiàn)代通信、雷達、導航、電一是和微波電路在現(xiàn)代通信、雷達、導航、電子對抗、電子儀器等領(lǐng)域的廣泛應用和發(fā)展需子對抗、電子儀器等領(lǐng)域的廣泛應用和發(fā)展需求分不開求分不開;2.另一方面的主要原因是和微波電路自身的復雜另一方面的主要原因是和微波電路自身的復雜性有關(guān)，因其特性分析十分復雜，設(shè)計計算量性有關(guān)，因其特性分析十分復雜，設(shè)計計算量很大，使研制周期長，成本高，

11、急切需要開發(fā)很大，使研制周期長，成本高，急切需要開發(fā)CAD，使之成為工程設(shè)計與科學研究的一個必，使之成為工程設(shè)計與科學研究的一個必備的工具。備的工具。12微波電路的組成和計算復雜性微波電路的組成和計算復雜性 每個微波電路都由一些微波傳輸線（波導、同軸線、微帶線等）每個微波電路都由一些微波傳輸線（波導、同軸線、微帶線等）和微波元器件組成，在微波頻段，各種傳輸線和電路元件（如電和微波元器件組成，在微波頻段，各種傳輸線和電路元件（如電抗膜片、銷釘、耦合微帶、螺旋電感、各種傳輸結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，抗膜片、銷釘、耦合微帶、螺旋電感、各種傳輸結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，諧振器等等）的特性與其尺寸、形狀、填充介質(zhì)及工作頻率

12、有關(guān)，諧振器等等）的特性與其尺寸、形狀、填充介質(zhì)及工作頻率有關(guān)，有源器件的寄生參量效應在微波頻段已十分嚴重，不容忽略。在有源器件的寄生參量效應在微波頻段已十分嚴重，不容忽略。在一般情況下，精確表征它們的數(shù)學模型相當繁雜，精確分析和設(shè)一般情況下，精確表征它們的數(shù)學模型相當繁雜，精確分析和設(shè)計微波電路所需用的計算量十分巨大，若不借助計算機軟件往往計微波電路所需用的計算量十分巨大，若不借助計算機軟件往往難以勝任。此外，微波集成電路（）特別是單片微波集成難以勝任。此外，微波集成電路（）特別是單片微波集成電路（）一經(jīng)制成便難予調(diào)整，要保證高的成品率，在電路（）一經(jīng)制成便難予調(diào)整，要保證高的成品率，在設(shè)計

13、中必須考慮電路配件的制造公差和器件特性離散性對電路性設(shè)計中必須考慮電路配件的制造公差和器件特性離散性對電路性能的影響，如果不用計算機是無法完成的，對于能的影響，如果不用計算機是無法完成的，對于MMIC而言，而言，CAD將是設(shè)計的唯一手段。將是設(shè)計的唯一手段。13 隨著衛(wèi)星通信，移動通信的蓬勃發(fā)展，隨著衛(wèi)星通信，移動通信的蓬勃發(fā)展，對微波電路小型化、標準化、模塊化、對微波電路小型化、標準化、模塊化、高成品率，提出了越來越高的要求，使高成品率，提出了越來越高的要求，使人們越來越依賴于人們越來越依賴于CAD，以免除煩瑣調(diào)，以免除煩瑣調(diào)測之苦，測之苦，CAD成為微波工程師賴以生存成為微波工程師賴以生存

14、和發(fā)展的基本工具。和發(fā)展的基本工具。14研究方法 微波微波CAD軟件形形色色，我們應該做的不軟件形形色色，我們應該做的不是針對某具體是針對某具體CAD軟件，介紹它的使用方軟件，介紹它的使用方法，操作規(guī)程，而是從微波電路的特性出法，操作規(guī)程，而是從微波電路的特性出發(fā)，重點介紹它們的基本概念，設(shè)計原理發(fā)，重點介紹它們的基本概念，設(shè)計原理和分析方法。從而建立微波電路和分析方法。從而建立微波電路CAD系統(tǒng)系統(tǒng)深入的知識，把握它的實質(zhì)，使其對各種深入的知識，把握它的實質(zhì)，使其對各種CAD軟件運用起來得心應手。軟件運用起來得心應手。151.2 微波電路的微波電路的CAD 軟件來源軟件來源1. 首先我們來看

15、一看微波電路首先我們來看一看微波電路CAD軟件的發(fā)展情軟件的發(fā)展情況。微波電路的況。微波電路的CAD 軟件來自微波專家、學者、軟件來自微波專家、學者、微波軟件工程師編制的軟件，通過專業(yè)廠商、微波軟件工程師編制的軟件，通過專業(yè)廠商、 圖書公司、互聯(lián)網(wǎng)等傳播和推廣。圖書公司、互聯(lián)網(wǎng)等傳播和推廣。2. 從從CAD的技術(shù)內(nèi)容講發(fā)展，微波電路的技術(shù)內(nèi)容講發(fā)展，微波電路CAD的含的含義和內(nèi)容經(jīng)歷了一個發(fā)展變化的過程。早期的義和內(nèi)容經(jīng)歷了一個發(fā)展變化的過程。早期的CAD只是利用計算機的精確而又快速的計算能只是利用計算機的精確而又快速的計算能力，解決一些復雜的計算問題，例如微波電路中力，解決一些復雜的計算問題

16、，例如微波電路中的電磁邊值問題和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的一些計算問題的電磁邊值問題和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的一些計算問題 .16 隨著計算技術(shù)，元器件模型技術(shù)和精確的自動化隨著計算技術(shù)，元器件模型技術(shù)和精確的自動化測試技術(shù)的發(fā)展，使原先只能用近似模型表示的測試技術(shù)的發(fā)展，使原先只能用近似模型表示的一些元器件可用比較精確的模型表示，從而使計一些元器件可用比較精確的模型表示，從而使計算機能較精確的模擬各種微波電路，通過人機對算機能較精確的模擬各種微波電路，通過人機對話，使設(shè)計者能方便地改變電路參數(shù)，進行各種話，使設(shè)計者能方便地改變電路參數(shù)，進行各種模擬分析，這時計算機不再只是一種計算工具，模擬分析，這時計算機不再只是一種

17、計算工具，人們可以利用它試驗各種設(shè)計思想。直到電路滿人們可以利用它試驗各種設(shè)計思想。直到電路滿足預定特性。不過這時的足預定特性。不過這時的CAD實質(zhì)上只是一種實質(zhì)上只是一種計算機輔助微波電路的分析即計算機輔助微波電路的分析即CAA。后來最優(yōu)。后來最優(yōu)化設(shè)計與計算機輔助分析技術(shù)結(jié)合起來，使計算化設(shè)計與計算機輔助分析技術(shù)結(jié)合起來，使計算機能根據(jù)分析結(jié)果自動修改電路元件參數(shù)，從而機能根據(jù)分析結(jié)果自動修改電路元件參數(shù)，從而使電路設(shè)計性能最優(yōu)化使電路設(shè)計性能最優(yōu)化 。這就是現(xiàn)代。這就是現(xiàn)代CAD概念。概念。17從從CAD軟件發(fā)展來看：軟件發(fā)展來看： CAD在微波工程領(lǐng)域的大規(guī)模應用始于在微波工程領(lǐng)域的大

18、規(guī)模應用始于70年代年代末。美國末。美國COMPACT公司開發(fā)的通用微波電路公司開發(fā)的通用微波電路分析和優(yōu)化設(shè)計軟件分析和優(yōu)化設(shè)計軟件SUPER COMPACT的的推廣，在此之后，微波電路推廣，在此之后，微波電路CAD蓬蓬勃勃地發(fā)蓬蓬勃勃地發(fā)展起來，有許多專業(yè)微波電路展起來，有許多專業(yè)微波電路CAD廠家出現(xiàn)，廠家出現(xiàn)，其中有較大影響的包括大家比較熟悉的其中有較大影響的包括大家比較熟悉的COMPACT公司，公司，HP公司，公司，EESOF公司，公司，ANSOFT公司、公司、APLACE Solutions Inc. 等。等。幾年前，幾年前，EESOF公司被公司被HP公司兼并，成為公司兼并，成為H

19、P-EESOF軟件。軟件。18微波電路微波電路CAD的軟件功能的軟件功能 微波電路微波電路CADCAD的軟件功能包括路和埸兩個方面。的軟件功能包括路和埸兩個方面。就微波電路軟件而言，又包括線性電路和非線就微波電路軟件而言，又包括線性電路和非線性電路分析設(shè)計兩方面。電磁埸的分析包括天性電路分析設(shè)計兩方面。電磁埸的分析包括天線分析設(shè)計、射頻結(jié)構(gòu)電磁仿真等。線分析設(shè)計、射頻結(jié)構(gòu)電磁仿真等。線性電路分析設(shè)計線性電路分析設(shè)計 ：如各種無源電路，如傳：如各種無源電路，如傳輸線元件，微波濾波器、小信號放大器。分析輸線元件，微波濾波器、小信號放大器。分析參數(shù)有駐波參數(shù)有駐波VSWR, VSWR, 插損、噪聲系

20、數(shù)插損、噪聲系數(shù)NFNF等特性。等特性。 19 非線性電路分析設(shè)計：非線性電路分析設(shè)計： 如非線性有源電路的如非線性有源電路的CADCAD：包括微波振蕩器、：包括微波振蕩器、放大器、混頻器、倍頻器、開關(guān)等（放大器、混頻器、倍頻器、開關(guān)等（OscOsc. . Amp. Mixer. etcAmp. Mixer. etc）。分析參數(shù)有駐波）。分析參數(shù)有駐波VSWR, VSWR, 增益增益GainGain、P1dBP1dB、相位噪聲、諧波分析，、相位噪聲、諧波分析，三階交調(diào)分析、三階交調(diào)分析、AMAMPMPM轉(zhuǎn)換系數(shù)等。轉(zhuǎn)換系數(shù)等。 其它還包含有微波系統(tǒng)仿真、客差設(shè)計等其它還包含有微波系統(tǒng)仿真、客差

21、設(shè)計等許多功能強大的軟件。許多功能強大的軟件。20 應當強調(diào)指出在發(fā)展應當強調(diào)指出在發(fā)展CAD軟件過程中，中國學軟件過程中，中國學者作出了不可磨滅的貢獻。在者作出了不可磨滅的貢獻。在 land，IE3DMH 由中國學生完成。對微波學者而言，有必要了由中國學生完成。對微波學者而言，有必要了解目前微波解目前微波CAD軟件的發(fā)展水平及其軟件的發(fā)展水平及其CAD軟軟件功能分類，以選擇合適的軟件，幫助我們有件功能分類，以選擇合適的軟件，幫助我們有針對性地解決微波電路和系統(tǒng)設(shè)計中所碰到的針對性地解決微波電路和系統(tǒng)設(shè)計中所碰到的各種實際問題，使各種實際問題，使CAD成為微波電路和系統(tǒng)工成為微波電路和系統(tǒng)工程

22、設(shè)計的有效的工具。程設(shè)計的有效的工具。21微波微波CAD軟件功能軟件功能 ：有十余項：有十余項 1. 線性微波電路分析線性微波電路分析 分析對象：包括線性微波無源電路和線性分析對象：包括線性微波無源電路和線性微波有源電路兩部份。線性微波無源電路包括微波有源電路兩部份。線性微波無源電路包括微波濾波器微波濾波器 filter，耦合器，耦合器Coupler，阻抗匹配，阻抗匹配，傳輸線元件分析等。傳輸線元件分析等。 線性微波有源電路線性微波有源電路窄帶、寬帶小信號放大窄帶、寬帶小信號放大器（器（LNA），振蕩器起振條件分析等。），振蕩器起振條件分析等。 線性微波電路分析方法：有節(jié)點導納法、線性微波電路

23、分析方法：有節(jié)點導納法、雙口矩陣法、散射參對法，用線性網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：雙口矩陣法、散射參對法，用線性網(wǎng)絡(luò)參數(shù)： 22 Y Y、A A、S S參數(shù)描述元件和網(wǎng)絡(luò)，求得網(wǎng)絡(luò)參數(shù)描述元件和網(wǎng)絡(luò)，求得網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)參數(shù)導出電路性能。參數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)參數(shù)導出電路性能。 相應的軟件：相應的軟件：Compact Compact 公司的公司的Super Super CompactCompact軟件，軟件，EesofEesof 公司的公司的 TanchstoneTanchstone軟件，軟件，EaglementEaglement 公司的公司的SmperstarSmperstar軟件，軟件，以及以及ANSOFTANSOF

24、T、MDSMDS、ADSADS、APLACAPLAC等軟件的等軟件的線性電路分析。線性電路分析。232. 非線性微波電路分析方法非線性微波電路分析方法 有有Volterra級數(shù)法、時域法、頻域法、諧波平衡法級數(shù)法、時域法、頻域法、諧波平衡法等。相應的軟件有等。相應的軟件有ANSOFT、HPMDS ADS、Librp 、HPEESOF、APLAC等非線性電路分析軟等非線性電路分析軟件，大多數(shù)都采用諧波平衡法。在分析功能中都有調(diào)件，大多數(shù)都采用諧波平衡法。在分析功能中都有調(diào)諧掃描功能，能進行參數(shù)掃描，很有用處。諧掃描功能，能進行參數(shù)掃描，很有用處。 分析對象包括各類非線性微波電路分析對象包括各類非

25、線性微波電路功率放大器、振功率放大器、振蕩器、混頻器、倍頻器、微波開關(guān)電路等。分析電路蕩器、混頻器、倍頻器、微波開關(guān)電路等。分析電路的諧波特性，交調(diào)系數(shù)，的諧波特性，交調(diào)系數(shù)，1dB功率壓縮點等。功率壓縮點等。243電路的直流分析、系統(tǒng)仿真電路的直流分析、系統(tǒng)仿真 能夠計算有直流電源的微波電路各器件能夠計算有直流電源的微波電路各器件 的直流工作點。的直流工作點。 Success系統(tǒng)仿真，系統(tǒng)仿真，Sys CAD系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析 等。等。254非線性微波電路的瞬態(tài)分析非線性微波電路的瞬態(tài)分析 分析對象：強非線性微波電路、超高速分析對象：強非線性微波電路、超高速脈沖數(shù)字電路可進行電路的瞬態(tài)分析。脈

26、沖數(shù)字電路可進行電路的瞬態(tài)分析。 軟件：軟件：Compact-Super ，Spice， HPEesof ，micronquo Spice ，HP_Impluse 超高速脈沖數(shù)字電路分析、超高速脈沖數(shù)字電路分析、大功率放大器的設(shè)計等。大功率放大器的設(shè)計等。265. 微波電路的噪聲分析微波電路的噪聲分析用于分析線性和非線性微波電路的噪聲用于分析線性和非線性微波電路的噪聲特性。例如低噪聲放大器的噪聲分析，特性。例如低噪聲放大器的噪聲分析，微波振蕩器的相位噪聲分析，晶體管噪微波振蕩器的相位噪聲分析，晶體管噪聲模型參數(shù)提取等。聲模型參數(shù)提取等。軟件有軟件有MDS、ANSOFT、APLAC等等。276.

27、 微波電路的優(yōu)化設(shè)計微波電路的優(yōu)化設(shè)計根據(jù)給定電路拓樸初值和電路設(shè)計指標，根據(jù)給定電路拓樸初值和電路設(shè)計指標，通過通過CAD優(yōu)化算法，自動改變元件值，優(yōu)化算法，自動改變元件值，直到達最優(yōu)性能。前面提到的軟件都有直到達最優(yōu)性能。前面提到的軟件都有優(yōu)化設(shè)計功能。優(yōu)化設(shè)計功能。287. 容差分析和容差設(shè)計容差分析和容差設(shè)計根據(jù)電路性能指標要求，計算達到性根據(jù)電路性能指標要求，計算達到性能和一定成品率所需元件的容差，并能和一定成品率所需元件的容差，并分析元件容差對電路性能的影響。通分析元件容差對電路性能的影響。通過改變元件中心值使所生產(chǎn)的電路達過改變元件中心值使所生產(chǎn)的電路達到最高成品率。到最高成品率

28、。298. 微波部件和電路的電磁仿真微波部件和電路的電磁仿真 電路分析軟件是從路的概念出發(fā)，應電路分析軟件是從路的概念出發(fā)，應用電壓電流通過用電壓電流通過Z、Y、A參數(shù)來分析微波參數(shù)來分析微波電路，但由于在微波頻段難以得到恒定的電路，但由于在微波頻段難以得到恒定的電壓源或電流源，也不易得到真正的微波電壓源或電流源，也不易得到真正的微波短路和開路，所以要精確測量短路和開路，所以要精確測量A、Y參數(shù)參數(shù)是很困難的是很困難的. 從場的角度出發(fā)，應用邊界元法解從場的角度出發(fā)，應用邊界元法解Maxwell方程，能得到電磁場分布，從而方程，能得到電磁場分布，從而獲得精確的微波電路特性，以此為基礎(chǔ)發(fā)獲得精確

29、的微波電路特性，以此為基礎(chǔ)發(fā)展成現(xiàn)今的二維、三維場分析軟件。展成現(xiàn)今的二維、三維場分析軟件。 30微波部件和電路的電磁仿真微波部件和電路的電磁仿真適宜應用的場合：適宜應用的場合： 1)針對在微波電路針對在微波電路CAD軟件的元件庫中沒有列入的元件進行的，軟件的元件庫中沒有列入的元件進行的，微波電路中一些復雜形狀的元件和結(jié)構(gòu)是很多的，而且在不斷的微波電路中一些復雜形狀的元件和結(jié)構(gòu)是很多的，而且在不斷的增多。增多。 2)雖已列入元件庫，但模型精度不夠的元件常采用等效電路模擬雖已列入元件庫，但模型精度不夠的元件常采用等效電路模擬元件，受頻率影響大，各種傳輸不均勻區(qū)分析以及電磁仿真精確元件，受頻率影響

30、大，各種傳輸不均勻區(qū)分析以及電磁仿真精確度要求很高的場合。度要求很高的場合。 3)用來分析必須精確計算的元器件間的寄生耦合，小體積元件緊用來分析必須精確計算的元器件間的寄生耦合，小體積元件緊密排布的密排布的MMIC等。等。 4)用在須考慮封裝影響的電路。用在須考慮封裝影響的電路。 5)用于天線場的分析計算。用于天線場的分析計算。31方法特點：方法特點： 一般采用有限元法或矩量法，輸入要分析電路及一般采用有限元法或矩量法，輸入要分析電路及封裝、寄生參數(shù)影響。考慮分布參數(shù)效應等。封裝、寄生參數(shù)影響?？紤]分布參數(shù)效應等。 用有限元法或矩量法分析場，速度慢，計算機內(nèi)用有限元法或矩量法分析場，速度慢，計

31、算機內(nèi)存占用大，但通用性強，能解決其它軟件不能解存占用大，但通用性強，能解決其它軟件不能解決的很多問題。決的很多問題。 軟件：軟件：HP-HFSS HPMomentum平面結(jié)構(gòu)電平面結(jié)構(gòu)電磁仿真有限元法，三維電磁仿真，磁仿真有限元法，三維電磁仿真，Ansoft公司的公司的Maxwell SI Spicelink ,COMPACT 公司的公司的Exploner，SONNET Software公司的公司的em以及以及MSC公司的公司的EMAS，EelandIE3D 電磁仿真與電磁仿真與優(yōu)化的軟件。其中的優(yōu)化的軟件。其中的Maxwell SI Spicelink32 已被用來分析超高速集成電路中的互

32、已被用來分析超高速集成電路中的互連線對信號的影響，直接產(chǎn)生互連線連線對信號的影響，直接產(chǎn)生互連線的的SPICE格式模型數(shù)據(jù)。格式模型數(shù)據(jù)。 基于電磁仿真的優(yōu)化技術(shù)正越來越基于電磁仿真的優(yōu)化技術(shù)正越來越受到重視，在近年國際微波會議上有受到重視，在近年國際微波會議上有不少論文專門討論這個課題。不少論文專門討論這個課題。339 微波集成電路的布線和版圖設(shè)計微波集成電路的布線和版圖設(shè)計該項功能是自動或交互式地將微波電路的電該項功能是自動或交互式地將微波電路的電原理圖轉(zhuǎn)換成微波集成電路的工藝版圖，進原理圖轉(zhuǎn)換成微波集成電路的工藝版圖，進行設(shè)計規(guī)則的檢查，并可將版圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成行設(shè)計規(guī)則的檢查，并可將版圖數(shù)

33、據(jù)轉(zhuǎn)換成Gerber GDS-IGESHP EGSGerber GDS-IGESHP EGS等數(shù)據(jù)格式，等數(shù)據(jù)格式，以便于中掩模制作調(diào)設(shè)備接口。以以便于中掩模制作調(diào)設(shè)備接口。以ALPAC ALPAC 軟軟件為例，由原理圖轉(zhuǎn)換到件為例，由原理圖轉(zhuǎn)換到RFRF布局布線需要進布局布線需要進行以下四個步驟：行以下四個步驟：341)檢查插入的角度，定義元件在布局布線中的方向，所檢查插入的角度，定義元件在布局布線中的方向，所有原理圖中的有原理圖中的RF 元件都處于被選擇狀態(tài)（高亮），元件都處于被選擇狀態(tài)（高亮），然后按然后按Insert Angle Cheek”按鈕。這將使用元件按鈕。這將使用元件在原理圖

34、中的位置，通過在原理圖中的位置，通過RF. Insert Angle 屬性屬性,定定義元件在布局布線中的方位。義元件在布局布線中的方位。2)隨后，按隨后，按“Update Selected Parts” 按鈕，布局布按鈕，布局布線所需要的元件將根據(jù)原理圖的描述而建立，然而線所需要的元件將根據(jù)原理圖的描述而建立，然而這些元件并沒有被連接起來，它們還是浮動在板子這些元件并沒有被連接起來，它們還是浮動在板子上，沒有電流通過。上，沒有電流通過。3)這些元件的連接是通過按這些元件的連接是通過按“ECO to PCB”按鈕進行按鈕進行的，并且在布局布線設(shè)計中建立一種具有飛線的連的，并且在布局布線設(shè)計中建立

35、一種具有飛線的連接方式。接方式。4)最后，通過選擇所有元件，并且按最后，通過選擇所有元件，并且按“RF Place”按鈕，按鈕，將建立將建立RF的布局布線。的布局布線。3510微波系統(tǒng)仿真微波系統(tǒng)仿真 系統(tǒng)仿真軟件中構(gòu)成系統(tǒng)的各模塊作為系統(tǒng)仿真軟件中構(gòu)成系統(tǒng)的各模塊作為元件輸入計算機，連成一個整體，仿真該元件輸入計算機，連成一個整體，仿真該元件輸出的性能參數(shù)，利用這種元件輸出的性能參數(shù)，利用這種CAD可能可能方便地觀察分析各模塊對系統(tǒng)指標參數(shù)的方便地觀察分析各模塊對系統(tǒng)指標參數(shù)的影響，從而合理地分配系統(tǒng)各部分指標，影響，從而合理地分配系統(tǒng)各部分指標，也可以用系統(tǒng)指標作為目標來對部件進行也可以用

36、系統(tǒng)指標作為目標來對部件進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計。 軟件：軟件：MDS Compact-Microneaee Success，ADS，APLAC等。等。 交互式設(shè)計捕獲工具交互式設(shè)計捕獲工具 微波線性與非線微波線性與非線性仿真器性仿真器 微波工藝版圖產(chǎn)生器微波工藝版圖產(chǎn)生器 文檔工文檔工具。具。3611微波濾波器和匹配網(wǎng)絡(luò)的綜合微波濾波器和匹配網(wǎng)絡(luò)的綜合用該方法給出電路的性能指標和網(wǎng)絡(luò)階數(shù)等用該方法給出電路的性能指標和網(wǎng)絡(luò)階數(shù)等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，通過軟件進行綜合達標，由網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，通過軟件進行綜合達標，由CAD輸出電路結(jié)構(gòu)和元件值。輸出電路結(jié)構(gòu)和元件值。 軟件：軟件：Eaglealeve Corp-M/F

37、ILTER DGS-FILSYN HP-C.syn37 12微波電路和系統(tǒng)設(shè)計的專家系統(tǒng)微波電路和系統(tǒng)設(shè)計的專家系統(tǒng) 通過專家系統(tǒng)，用戶可以采用微波電路和通過專家系統(tǒng)，用戶可以采用微波電路和系統(tǒng)設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗。目前尚無商系統(tǒng)設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗。目前尚無商用的專家系統(tǒng)軟件。用戶可以在各類微波用的專家系統(tǒng)軟件。用戶可以在各類微波軟件包的例子文件中獲得一些相關(guān)知識和軟件包的例子文件中獲得一些相關(guān)知識和設(shè)計方法。設(shè)計方法。3813微波部件和電路的熱分析微波部件和電路的熱分析 包括分析微波部件和電路的溫度分布和溫度變化包括分析微波部件和電路的溫度分布和溫度變化對電特性的影響，這對于高集成度對電特

38、性的影響，這對于高集成度IC和大功率器和大功率器件的封裝設(shè)計非常重要。目前件的封裝設(shè)計非常重要。目前CAD功能很強大，功能很強大，其軟件也很昂貴。其軟件也很昂貴。 Artech Home專家學者開發(fā)的微波電路專家學者開發(fā)的微波電路CAD小型小型專題軟件這些書附有源程序，甚至軟盤，有些個專題軟件這些書附有源程序，甚至軟盤，有些個人和俱樂部提供共亨軟件人和俱樂部提供共亨軟件Cshaname和免費軟件和免費軟件(free name)shnewane391.4 微波電路微波電路CAD的基本內(nèi)容的基本內(nèi)容 設(shè)計一個微波電路，使它滿足規(guī)定的性能指標，這個問題是屬于微波電路的綜合問題。用計算機進行微波電路的

39、輔助設(shè)計，實質(zhì)上就是用計算機進行微波電路的綜合。40CAD基本流程圖基本流程圖 在計算機上進行電路綜合通常采用選代法，其基本原理在計算機上進行電路綜合通常采用選代法，其基本原理可用一個典型的可用一個典型的CAD過程的流程圖說明，過程的流程圖說明， CAD基本流程圖見圖基本流程圖見圖11。其主要過程簡述如下。其主要過程簡述如下: 由給定的電路指標開始，進行初步設(shè)計，確定初始電路，由給定的電路指標開始，進行初步設(shè)計，確定初始電路，包括確定初始電路拓樸及元個初值設(shè)計，將這個初始設(shè)包括確定初始電路拓樸及元個初值設(shè)計，將這個初始設(shè)計輸入計算機，由計算機輔助電路分析軟件包進行計算，計輸入計算機，由計算機輔

40、助電路分析軟件包進行計算，分析需要初始設(shè)計中所應用的各種元件的數(shù)學模型，分分析需要初始設(shè)計中所應用的各種元件的數(shù)學模型，分析所得的性能與所給指標進行比較，如果達不到期望，析所得的性能與所給指標進行比較，如果達不到期望，就要系統(tǒng)地改變設(shè)計參數(shù)，這就構(gòu)成了優(yōu)化的關(guān)鍵步驟。就要系統(tǒng)地改變設(shè)計參數(shù)，這就構(gòu)成了優(yōu)化的關(guān)鍵步驟。反復執(zhí)行這一系列的設(shè)計、分析、優(yōu)化，直到得到滿足反復執(zhí)行這一系列的設(shè)計、分析、優(yōu)化，直到得到滿足設(shè)計指標，然后再進行電路布局、制版和調(diào)試，這時由設(shè)計指標，然后再進行電路布局、制版和調(diào)試，這時由于于CAD的幫助，使調(diào)試工作量大為減少。的幫助，使調(diào)試工作量大為減少。41CAD基本流程圖

41、基本流程圖電路設(shè)計指標初始電路設(shè)計進行電路分析比較指標是否滿足輸出設(shè)計結(jié)果設(shè)計資料綜合方法元器件模型42CAD與傳統(tǒng)設(shè)計相比與傳統(tǒng)設(shè)計相比,具有的主要特點具有的主要特點： 1)設(shè)計質(zhì)量高，設(shè)計的電路可同時滿足各項性能指標。設(shè)計質(zhì)量高，設(shè)計的電路可同時滿足各項性能指標。 2)設(shè)計速度快，幾十秒至幾分鐘可完成數(shù)個小時的設(shè)設(shè)計速度快，幾十秒至幾分鐘可完成數(shù)個小時的設(shè)計。計。 3)能完成傳統(tǒng)設(shè)計難以完成和無法完成的任務。如靈能完成傳統(tǒng)設(shè)計難以完成和無法完成的任務。如靈敏度計算，客差分析和模擬故障分析等。敏度計算，客差分析和模擬故障分析等。 4)節(jié)省電路研制過程中的實驗器材和加工調(diào)試費用，節(jié)省電路研制過

42、程中的實驗器材和加工調(diào)試費用，大大提高了產(chǎn)品性能價格比。大大提高了產(chǎn)品性能價格比。由上可見，由上可見，CAD的基本方法并不深奧難懂，它的基本過程由三個重要的基本方法并不深奧難懂，它的基本過程由三個重要部分組成：部分組成： 定模、分析和優(yōu)化，定模、分析和優(yōu)化，43CAD的基本方法由三個重要部分組成：的基本方法由三個重要部分組成：定模、分析和優(yōu)化，定模、分析和優(yōu)化，定模，定模，即建立微波元器件的數(shù)學模型，即建立微波元器件的數(shù)學模型，要求準確，簡單，便于分析。要求準確，簡單，便于分析。分析，分析，根據(jù)電路拓樸，選擇合適的分析根據(jù)電路拓樸，選擇合適的分析和計算方法（線性、非線性）和計算方法（線性、非線性）優(yōu)化，優(yōu)化，選擇優(yōu)化方法和程序設(shè)計語言設(shè)選擇優(yōu)化方法和程序設(shè)計語言設(shè)計編制和調(diào)試程序。計編制和調(diào)試程序。44定模定模 定模就是建立各種微波無源元件和有源元件的定模就是建立各種微波無源元件和有源元件的數(shù)學模型。我們可以看出計算機分析時所得到的數(shù)學模型