介绍较流行的几种微波EDA软件的功能

　　杭州PCB公司-纬亚电子讯：微波系统的设计越来越复杂,对电路的指标要求越来越高,电路的功能越来越多,电路
的尺寸要求越做越小,而设计周期却越来越短。传统的设计方法已经不能满足微波电路设
计的需要,使用微波EDA 软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设
计的必然趋势。EDA即Electronic Design Automation, 电子设计自动化；目前,外各
种商业化的微波EDA 软件工具不断涌现，微波射频领域主要的EDA 工具首推Agilent 公
司的ADS 软件和Ansoft 公司的HFSS、Designer 软件，其次是比较小型的有Microwave
Office, Ansoft Serenade, CST, Zeland, XFDTD, Sonnet 等电路设计软件。下面将会
将会简要地介绍一下各个微波EDA 软件的功能特点和使用范围，以期大家有个总体的了
解。

　　 微波EDA 仿真软件与电磁场的数值算法密切相关，在介绍微波EDA 软件之前先简要
的介绍一下微波电磁场理论的数值算法。所有的数值算法都是建立在Maxwell方程组之上
的，了解Maxwell方程是学习电磁场数值算法的基础；在频域，数值算法有：有限元法
( FEM -- Finite Element Method）、矩量法( MoM -- Method of Moments），差分法
( FDM -- Finite Difference Methods），边界元法( BEM -- ），和传输线法( TLM -
- Transmission-Line-matrix Method），在时域，数值算法有：时域有限差分法( FDT
D – Finite Difference Time Domain ），和有限积分法( FIT – Finite Integrati
on Technology ）。如果想进一步了解各种数值算法的具体实现，可以参阅以下几本书
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软件有ADS，Ansoft Designer，Microwave
Office, Zeland IE3D，Ansoft Esemble，Super NEC和FEKO；使用有限元法 ( FEM ）
的微波EDA软件有HFSS和ANSYS；使用时域有限差分法( FDTD ） 的微波EDA软件有 EMPI
RE和XFDTD，使用有限积分法( FIT ） 的微波EDA软件有CST Microwave Studio和CST M
afia。

    下面来介绍较流行几种的微波EDA软件的功能和应用。

　　 ADS – Advanced Design System，是Agilent公司推出的微波电路和通信系统仿真
软件，是内各大学和研究所使用多的软件之一。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。现在新的版本是ADS2005A。

　　 Ansoft Designer，是Ansoft公司推出的微波电路和通信系统仿真软件；它采用了
新的视窗技术，是一个将高频电路系统,版图和电磁场仿真工具无缝地集成到同一个环
境的设计工具，这种集成不是简单和界面集成,其关键是Ansoft Designer独有的"按需求
解"的技术,它使你能够根据需要选择求解器,从而实现对设计过程的完全控制。Ansoft
Designer实现了“所见即所得”的自动化版图功能，版图与原理图自动同步，大大提高
了版图设计效率。同时,Ansoft还能方便地与其他设计软件集成到一起，并可以和测试仪
器连接，完成各种设计任务，如频率合成器，锁相环，通信系统，雷达系统以及放大器
，混频器，滤波器，移相器，功率分配器，合成器和微带天线等。主要应用于：射频和
微波电路的设计，通信系统的设计，电路板和模块设计，部件设计。现在新的版本是
Ansoft Designer 2.1。

　　 Ansoft HFSS，是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件；是世界上一个商业化的三
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，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig三定义场分
量和轴比。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。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，
是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的
快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。现在新的版本是Ansoft HFSS
9.2。

　　Microwave Office，是AWR公司推出的微波EDA软件，为微波平面电路设计提供了
完整, 快速和精确的解答。它是通过两个模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"Voltair
eXL"的模拟器来处理集总元件构成的微波平面电路问题。而对于由具体的微带几何图形
构成的分布参数微波平面电路则采用场的方法较为有效；该软件采用的是"EMSight"的模
拟器来处理任何多层平面结构的三维电磁场的问题。"VoltaireXL" 模拟器内设一个元件
库，在建立电路模型时，可以调出微波电路所用的元件，其中无源器件有电感、电阻、
电容、谐振电路、微带线、带状线、同轴线等等，非线性器件有双极晶体管， 场效应晶
体管，二极管等等。"EMSight"模拟器是一个三维电磁场模拟程序包，可用于平面高频电
路和天线结构的分析。特点是把修正谱域矩量法与直观的视窗图形用户界面(GUI）技术
结合起来，使得计算速度加快许多。MWO可以分析射频集成电路 (RFIC）、微波单片集成
电路(MMIC）、 微带贴片天线和高速印制电路(PCB）等电路的电气特性。 杭州PCB|杭州smt

　　XFDTD，是Remcom公司推出的基于时域有限差分法(FDTD）的三维全波电磁场仿真软
件。XFDTD用户界面友好、计算准确；但XFDTD本身没有优化功能，须通过三方软件En
gineous完成优化。该软件早用于仿真蜂窝电话，长于手机天线和SAR计算。现在广泛
用于无线、微波电路、雷达散射计算，化学、光学、陆基警戒雷达和生物组织仿真。软
件新版本为 XFDTD 6.0

　　Zeland IE3D，IE3D是一个基于矩量法的电磁场仿真工具，可以解决多层介质环境下
的三维金属结构的电流分布问题。IE3D可分为MGRID、MODUA和PATTERNVIEW三部分；MGR
ID为IE3D的前处理套件，功能有建立电路结构、设定基板与金属材料的参数和设定模拟
仿真参数；MOODUA是IE3D的核心执行套件，可执行电磁场的模拟仿真计算、性能参数（
Smith园图，S参数等）计算和执行参数优化计算；PATTERNVIEW是IE3D的后处理套件，可
以将仿真计算结果，电磁场的分布以等高线或向量场的形式显示出来。IE3D仿真结果包
括S、Y、Z参数，VWSR，RLC等效电路，电流分布，近场分布和辐射方向图，方向性，效
率和RCS等；应用范围主要是在微波射频电路、多层印刷电路板、平面微带天线设计的分
析与设计。软件新版本为Zeland IE3D10.0。

　　CST MICROWAVE STUDIO，是德CST（Computer Simulation Technology）公司推出
的高频三维电磁场仿真软件。广泛应用于移动通信、无线通信（蓝牙系统）、信号集成
和电磁兼容等领域。微波工作室使用简洁，能为用户的高频设计提供直观的电磁特性。
微波工作室除了主要的时域求解器模块外，还为某些特殊应用提供本征模及频域求解器
模块。CAD文件的导入功能及SPICE参量的提取增强了设计的可能性并缩短了设计时间。
另外，由于CST设计工作室的开放性体系结构能为其它仿真软件提供链接，使微波工作室
与其它设计环境相集成。

　　Sonnet，是一种基于矩量法的电磁仿真软件，提供面向3D平面高频电路设计系统以
及在微波、毫米波领域和电磁兼容/电磁干扰设计的EDA工具。SonnetTM应用于平面高频
电磁场分析，频率从1MHz 到几千GHz。主要的应用有：微带匹配网络、微带电路、微带
滤波器、带状线电路、带状线滤波器、过孔（层的连接或接地）、偶合线分析、PCB板电
路分析、PCB 板干扰分析、桥式螺线电感器、平面高温超导电路分析、毫米波集成电路
（MMIC）设计和分析、混合匹配的电路分析、HDI 和LTCC 转换、单层或多层传输线的精
确分析、多层的平面的电路分析、单层或多层的平面天线分析、平面天线阵分析、平面
偶合孔的分析等。

　　其他的微波射频相关的EDA软件还有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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