射频微波器件的电磁场和电路协同仿真

射频EDA仿真软件介绍射频EDA（Electronic Design Automation）是一种用于射频芯片设计和仿真的软件工具，它通过电磁场仿真和电路仿真等功能，可以帮助设计者优化射频电路的性能和可靠性。

本文将介绍几款常用的射频EDA仿真软件。

1. ADS（Advanced Design System）ADS是美国Keysight（前身为安捷伦科技）推出的一款强大的射频和微波电路设计和仿真工具。

它包含了多种电路仿真方法，如基于S参数的线性仿真、基于混合EM的电磁仿真和基于直接时间域的高速数字仿真等。

ADS还内置了丰富的器件模型和库，方便用户进行仿真和优化。

此外，ADS还支持与SI/PI和系统仿真软件的集成，使得整个设计流程更加高效。

2. HFSS（High Frequency Structure Simulator）HFSS是美国ANSYS公司开发的一种基于有限元分析（FiniteElement Analysis）的高性能电磁场仿真软件。

它主要用于射频和微波领域，可以模拟复杂的电磁场分布和信号传输。

HFSS具有优异的求解速度和准确度，并且支持多种仿真技术，如频域仿真、时域仿真和混合仿真等。

此外，HFSS还提供了强大的后处理功能，可以用于绘制场强分布图、辐射图和散射参数图等。

3. CST Studio SuiteCST Studio Suite是德国CST公司开发的一款电磁场仿真软件套件，广泛应用于射频、天线和微波电路的设计和仿真。

CST基于有限差分时域（FDTD）方法，具有较高的计算速度和较低的内存占用。

CST StudioSuite提供了丰富的建模功能和后处理工具，可以实现多尺度建模、参数扫描和优化等操作。

此外，CST还支持与ADS和HFSS等软件的数据交换，方便不同工具之间的协同设计和分析。

4. AWR Microwave OfficeAWR Microwave Office是美国National Instruments（前身为奇美电子）开发的一款射频和微波电路设计软件。

Genesys射频微波电路设计与仿真课程设计一、背景随着科技的不断进步和发展，射频微波电路在通信、雷达、天文、电子等领域的应用越来越广泛。

因此，射频微波电路设计与仿真技术得到了广泛关注。

为培养更多能从事射频微波电路设计与仿真工作的专业人才，本文将介绍一门名为“Genesys射频微波电路设计与仿真”的课程设计。

二、设计目标本课程设计的目标是让学生了解射频微波电路的基本概念、设计方法和仿真工具，能够独立设计并仿真射频微波电路，具备一定的实践能力。

三、设计内容本课程设计分为两个部分：理论学习和实践项目。

1. 理论学习在理论学习部分，学生将了解射频微波电路的基本概念、设计流程和方法、以及仿真工具的使用方法。

具体内容如下：•射频微波电路基础知识：介绍射频微波电路的基本概念、分类和应用。

•设计流程和方法：介绍射频微波电路的设计流程和方法，包括需求分析、电路结构设计、元器件选型和布局布线等。

•射频微波电路设计软件：介绍目前常用的射频微波电路仿真软件，包括ADS和Genesys等。

讲解软件的使用方法及仿真流程。

2. 实践项目在实践项目部分，学生将通过具体的设计与仿真任务，检验自己的学习成果，并获得实践能力的提升。

具体内容如下：•变频放大器设计与仿真：学生需要使用Genesys进行变频放大器的设计与仿真。

在此项目中，主要涉及到的设计与仿真内容有：输入输出匹配电路设计、输出功率及效率的调整、干扰与抑制等方面。

•射频滤波器设计与仿真：学生需要使用Genesys进行射频滤波器的设计与仿真。

在此项目中，主要涉及到的设计与仿真内容有：通带、截止频率和带宽的确定、丢失耗损和插入损耗的测量等方面。

四、教学方法本课程设计采取以“实践能力”为重点的教学方法，强调学生学以致用、理论联系实践。

具体方法如下：•理论讲解：老师在讲解理论知识时，将结合实际应用，给学生更好的理解和认识。

•实验设计：老师会设计一些任务，让学生在实践中学会应用理论知识。

电磁场与电路仿真分析一、电磁场仿真分析电磁场仿真分析是指利用计算机对物理场进行数值模拟，以便于对物理现象进行观察、预测和优化设计。

它是电磁学最常用的工具之一，广泛应用于电子、通信、医疗、航空航天和能源等领域。

电磁场仿真分析通常采用三维有限元方法、有限差分法、边界元法等。

其中，三维有限元方法是最常用的方法之一。

它可以对复杂的电磁场进行模拟，其中涉及电场、磁场和电磁波等基本物理问题。

二、电路仿真分析电路仿真分析是指利用计算机对电路进行数值模拟，以便于对电路进行观察、预测和优化设计。

它是电子学最常用的工具之一，广泛应用于电子产品的设计和制造。

电路仿真分析通常采用SPICE软件，也就是模拟电路分析程序。

它可以对电路元件进行建模，并进行模拟计算，以得出电路的各种参数。

通过仿真分析，设计者可以对电路进行快速优化，提高电路的性能、可靠性和可制造性。

三、电磁场与电路仿真分析的结合电磁场与电路仿真分析在某些领域中常常需要结合起来进行。

例如，在射频领域中，设计和测试电路需要同时考虑电路的电和磁特性以及电磁波的传播特性，这就需要进行电磁场和电路仿真的联合分析。

在进行联合分析时，需要将电磁场仿真的结果作为输入，进行电路仿真的参数选取。

在电路仿真中，需要将电路元件进行建模，并将模型参数进行计算，以得出电路的响应。

通过对电路的参数进行分析，可以得到电路的响应特性，从而对电路进行优化设计。

同时，电磁场仿真也需要考虑到电路的特性。

例如，在分析射频传输线时，需要考虑到线路的电容和电感以及信号的传播延迟等，并将这些因素纳入到电磁场仿真模型中，以便于得到更加准确的结果。

四、电磁场与电路仿真分析的应用电磁场与电路仿真分析已经广泛应用于多个领域中。

其中主要包括：1. 通信领域：电磁场与电路仿真分析在通信领域中应用广泛。

例如，在手机、移动设备和无线网络等产品的设计和测试中，都需要进行联合仿真分析，以保证产品的性能和可靠性。

2. 航空航天领域：电磁场仿真在航空航天领域中应用广泛。

电磁场与微波仿真实验教程
电磁场仿真实验是电磁场理论课程中非常重要的一环，通过仿真实验可以加深学生对于电磁场及其应用的理解，并且从实际中提高了学生的动手实践能力。

本文将向大家介绍电磁场与微波仿真实验教程。

1. 实验目的
通过对电磁场仿真实验的学习，达到以下目的：
1）熟练掌握电场、磁场的分布特性；
2）掌握典型的电磁场问题的求解方法；
3）掌握微波传输理论及其在工程中的应用；
4）掌握电磁场仿真软件的使用方法。

2. 实验内容
本实验涉及到的内容主要有：
2）电容器、电感器、共振器、传输线等典型电磁场问题的求解；
3. 实验设备
本实验主要使用Ansys电磁场仿真软件。

4. 实验步骤
1）学生需要独立完成仿真实验和报告撰写工作；
2）学生需要根据课件资料学习仿真软件的基本操作，包括建立仿真模型，设定仿真参数，运行仿真程序等；
3）学生需要选择一个电磁场仿真实验题目进行仿真实验，理解仿真实验过程，并且掌握解决典型电磁场问题的方法；
4）学生需要根据学习成果，撰写实验报告，包括实验目的、实验原理、仿真结果分析等。

5. 实验注意事项
2）学生需要注意安全事项，遵守实验室规章制度；
3）学生需要独立思考和创新，加深对电磁场理论和应用的理解和掌握。

6. 实验总结
通过电磁场仿真实验的学习，使学生加深了对电磁场理论与应用的理解和掌握，并且掌握了电磁场仿真软件的使用方法。

学生通过自主选择模型，独立完成仿真实验和报告撰写工作，培养了学生的实践能力和创新思维。

微波器件的电磁仿真1. 引言微波器件的电磁仿真是一种重要的工具，能够帮助工程师和研究人员研发和设计微波器件。

电磁仿真可以帮助人们理解和预测微波器件的电磁行为，优化器件的性能，并加速设计和制造过程。

本文将探讨微波器件的电磁仿真的原理、方法和应用。

2. 微波器件的电磁仿真原理微波器件的电磁仿真基于麦克斯韦方程组和边界条件，通过数值方法求解得到器件的电磁场分布和参数。

常用的电磁仿真方法包括有限元方法（FEM）、有限差分时间域方法（FDTD）、矩量法（MoM）等。

2.1 有限元方法（FEM）有限元方法是一种广泛应用于工程领域的数值方法，也常用于微波器件的电磁仿真。

有限元方法将连续域离散化为若干个有限元，对每个有限元进行逼近，并通过求解线性方程组得到系统的解。

有限元方法可以用于求解器件的电磁场分布、耦合效应和器件的电参数等。

2.2 有限差分时间域方法（FDTD）有限差分时间域方法是一种基于时间步进的电磁仿真方法，适用于微波器件的时域仿真。

FDTD方法将空间分割为网格，通过差分方程模拟电场和磁场的时域行为。

FDTD方法可以用于求解微波器件的传输特性、频率响应和功率耗散等。

2.3 矩量法（MoM）矩量法是一种基于电磁场的积分方程的求解方法，适用于微波器件的频域仿真。

矩量法将电磁场积分方程离散化成线性方程组，并通过求解线性方程组得到系统的解。

矩量法可以用于求解微波器件的散射参数、阻抗匹配和谐振频率等。

3. 微波器件的电磁仿真方法3.1 常用电磁仿真软件目前市场上有许多专门用于微波器件电磁仿真的软件，如CST Microwave Studio、Ansys HFSS、Keysight ADS等。

这些软件都提供了强大的建模和仿真功能，可用于设计和分析微波器件的特性。

3.2 仿真模型建立在进行微波器件的电磁仿真之前，需要先建立器件的仿真模型。

模型的建立通常包括几何建模、物理属性定义和边界条件设置等步骤。

通过准确的模型建立，可以保证仿真结果的准确性。

用HFSS仿真微波传输线和元件第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应用领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 工程设置 (10)1.4.2 建立矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜片 (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建立三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存工程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 生成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建工程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (36)1.6.4 比较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建立三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存工程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 生成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47)1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建立三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存工程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 生成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64)1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建立三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存工程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 生成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77)1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建立三维模型 (78)1.11.3 建立波导端口激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存工程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 生成报告 (82)1.11.8 产生场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极子天线的设计 (85)1.12.1 创建工程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显示结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——方形切角圆极化贴片天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建工程和运行环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考文献 (108)第一章用HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。

电子科技大学物理电子学院学院实验报告（实验）课程名称射频与微波电路仿真实验学生姓名：学号：电子科技大学教务处制表电子科技大学实验报告实验地点：科A-206 指导教师：朱兆君实验时间：3～10周一、实验室名称：微波、毫米波实验室二、实验项目名称：射频与微波电路仿真实验三、实验学时：32学时四、实验原理：应用微波电路仿真软件ADS(Advanced Design System)，完成给定的微波电路设计任务。

五、实验目的：掌握微波电路CAD的基本概念；了解现代微波电路CAD的基本组成；掌握ADS软件并进行微波电路的建模，仿真，优化和调试等任务。

六、实验内容：微波电路的基本概念；微波网络基本理论；ADS软件的使用方法。

上机操作：1．完成给定的微波器件设计；2．完成实验报告。

七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机70台；ADS 2009仿真软件；U盘（学生自备）。

八、实验步骤：1．功分器的设计a.布线原理:b.优化仿真：c.仿真结果：d．版图：2．平行耦合线带通滤波器设计a.布线原理:b.优化仿真：c.仿真结果：d. 版图：九、实验数据及结果分析：【在以下的仿真曲线中要求用Marker打出f0，若有带宽要求的还需要用Marker打出f1和f2的标识。

】1.功分器的设计本实验是利用εr=4.3，厚度h=0.8mm的介质基板，设计公分比是1:1的功分器，在中心频率实现功率分配功能。

之后对电路进行了优化仿真，并生成了版图。

对结果进行分析解释：通过不断优化后设计出来的功分器，其分配损耗、隔离度和输入输出端驻波比在较宽的频带内有较好的特效。

2.平行耦合线带通滤波器的设计本实验也是利用εr=4.3，厚度h=0.8mm的介质基板来设计，电路模型和参数均参考冯新宇编写的《ADS2009射频电路与仿真》教材。

之后对电路进行了优化仿真，并生成版图。

设计出来的滤波器在一个较宽的频带范围内与指标良好吻合，但是在离中心频率很远处，仍有一比较大的起伏，略微超过了-15dB抑制。

微波和射频电路设计大作业题 目 微波与射频综合模块设计姓 名 学 号 专业班级 指导教师 分 院宁波理工学院一、实验目的1) 熟练掌握微带天线设计的基本流程，掌握矩形微带天线的设计方法。

2) LC 低通滤波器的设计方法及原理。

3) 将天线、滤波器、低噪放三个模块组合成一个模块。

二、实验仿真1. 微带天线天线模块仿真后得出的参数中可以计算需要匹配的微带线的长度。

参数大小可由1/21()22r c W f ε-+=，0.490.49d r L λλε≈=计算得出。

利用史密斯原图进行传输线匹配，从而达到比较好的仿真效果。

图1中可以发现经过圆心时驻波比保持在1左右，效果较好。

图1图2天线原理图图3没有采用单可变仿真的结果如图3所示，在2.4GHz处，S11=-28.007，效果不是很明显。

天线原理图如图2和4。

如果用单可变匹配来优化天线参数。

插入损耗小，且工作频率更加收敛于2.4GHz。

做过双可变的话，就会发现2.4GHz处匹配后的S达不11到-50dB，而是在-20dB左右，所以后来采用了单可变，并通过优化功能进行实现。

图4 天线原理图仿真结果如图5。

图5 单可变匹配结果由图可知，2.4GHz处的S11（插入损耗）为-30.298dB，匹配后效果应该理论上可以达到-50dB，所以不是十分理想的，但是工作频率却十分收敛于2.4GHz。

2.低噪声放大器低噪放位于接收机的最前端，要求其噪声越小越好。

为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，增益不适合过大。

且低噪放一般是与天线直接相连，所以要求它和天线的匹配性要好。

低噪放的原理图如图6。

图6 低噪放原理图仿真结果如图7和图8。

图7观察到最大增益为19.811dB，稳定系数为0.897，小于1，而只有系数大于1时才是稳定，所以不稳定。

使用负反馈可以让系统稳定，在源极添加小电感作为负反馈，如图1.7：图83. 滤波器滤波器采用了6阶的巴特沃斯滤波器图9。

射频与微波⼯程实践⼊门-第1章-⽤HFSS仿真微波传输线和元件第⼀章⽤HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应⽤领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界⾯和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 ⼯程设置 (10)1.4.2 建⽴矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜⽚ (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建⽴三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存⼯程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 ⽣成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建⼯程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (35)1.6.4 ⽐较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建⽴三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存⼯程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 ⽣成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47) 1.8.1 建⽴匹配膜⽚与⾦属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建⽴三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存⼯程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 ⽣成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64) 1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建⽴三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存⼯程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 ⽣成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77) 1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建⽴三维模型 (78)1.11.3 建⽴波导端⼝激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存⼯程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 ⽣成报告 (82)1.11.8 产⽣场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极⼦天线的设计 (85) 1.12.1 创建⼯程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显⽰结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——⽅形切⾓圆极化贴⽚天线的设计 (98) 1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建⼯程和运⾏环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考⽂献 (108)第⼀章⽤HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应⽤领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界⾯和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 ⼯程设置 (10)1.4.2 建⽴矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜⽚ (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建⽴三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存⼯程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 ⽣成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31) 1.6.1 创建⼯程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (35)1.6.4 ⽐较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39) 1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建⽴三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存⼯程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 ⽣成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47) 1.8.1 建⽴匹配膜⽚与⾦属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52) 1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建⽴三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存⼯程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 ⽣成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64) 1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建⽴三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存⼯程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 ⽣成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77) 1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建⽴三维模型 (78)1.11.3 建⽴波导端⼝激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存⼯程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 ⽣成报告 (82)1.11.8 产⽣场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极⼦天线的设计 (85)1.12.1 创建⼯程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显⽰结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——⽅形切⾓圆极化贴⽚天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建⼯程和运⾏环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考⽂献 (108)第⼀章⽤HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, ⾼频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元⽅法（FEM）的分析微波⼯程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进⾏全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以⽆以伦⽐的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，⽅便易⽤的操作界⾯，稳定成熟的⾃适应⽹格剖分技术使其成为⾼频结构设计的⾸选⼯具和⾏业标准，已经⼴泛地应⽤于航空、航天、电⼦、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助⼯程师们⾼效地设计各种⾼频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，⾼速互连结构、电真空器件，研究⽬标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁⼲扰特性，从⽽降低设计成本，减少设计周期，增强竞争⼒。

微波射频仿真软件介绍射频EDA仿真软件介绍（包括算法，原理）一、前言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系统设计的需要，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,国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软件以及CST，其次是比较小型的有Microwave Office, Ansoft Serenade, Zeland, XFDTD, Sonnet，FEKO 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。

这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的, 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。

电磁学问题的数值求解方法总的可分为时域和频域两大类。

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 -- Boundary Element Methed），和传输线法( TLM -- Transmission-Line-matrix Method）。

频域技术发展得比较早，也比较成熟。

在时域，数值算法有：时域有限差分法( FDTD –Finite Difference Time Domain ），和时域有限积分法( FITD – Finite Integration Time Domain）。

振荡器DRO的HFSS和ADS联合仿真总结振荡器(DRO)是一种基本的无源微波器件，在射频和微波系统中广泛应用。

为了更好地设计和优化DRO的性能，一种常用的方法是利用高频结构模拟软件HFSS联合射频系统仿真软件ADS进行联合仿真。

HFSS是由ANSYS公司开发的一种三维电磁场模拟软件，而ADS是由Keysight公司开发的一种RF和微波电路设计与仿真软件。

联合使用这两种软件可以充分发挥各自的优势，实现对DRO的精确分析和优化设计。

1.HFSS的优势HFSS是一种基于有限元法的全三维电磁场分析软件，能够准确地计算微波器件的电磁场分布和特性参数。

HFSS可以对DRO的微波传输线、谐振腔和耦合结构等进行建模和仿真，能够提供精确的频率响应、S参数和场分布等信息。

通过在HFSS中建立DRO的几何结构，可以对其参数进行调整和优化，并通过频率扫描获取器件的频率和谐振特性，以及频率漂移和杂散抑制等性能指标。

2.ADS的优势ADS是一种专注于射频和微波电路设计的仿真软件，具有强大的电路建模和仿真功能。

ADS可以建立DRO的电路模型，通过连接元件、仿真器件和设定参数等操作，实现对DRO的电路性能分析和优化设计。

在ADS中可以通过分析S参数、杂散响应和频率稳定度等指标，优化DRO的谐振电路和反馈网络，并进行参数匹配和控制电路调节，以实现更好的信号稳定性和杂散抑制。

3.联合仿真流程和优势HFSS和ADS的联合仿真在DRO设计和优化中起到了互补的作用。

其联合仿真流程可以分为以下几个步骤：1)在HFSS中建立DRO的几何模型，并设置材料参数和边界条件等。

2)通过HFSS对DRO的频率响应进行仿真和分析，获取其频率特性和场分布等信息。

3)将HFSS模型导入到ADS中，建立DRO的电路模型。

4)在ADS中对DRO的电路进行仿真，分析其S参数、杂散特性和稳定度等指标。

5)根据仿真结果对DRO的电路参数进行优化设计和调节，实现更好的性能。

在上一篇《微波部件的微放电效应简介及其仿真》中已经对微放电效应的基本概念和仿真方法进行了简要介绍。

微放电效应限制了星载微波部件的功率容量，因此需要努力规避，或称为微放电效应的抑制。

上文已经提到微放电效应的形成需要满足几个主要的因素：微波部件内部的场强够大、真空度要足够（或者说电子平均自由行程较大）、腔壁二次电子发射系数大于1。

因此，微放电效应的抑制也基本上是从破坏这几个主要诱因出发。

想要较为深刻地理解微放电效应，绕不开二次电子发射的问题，因此下面简介下二次电子发射。

上次曾经提到，二次电子发射是引起微放电效应的主要原因。

实际上，电子入射固体材料后可能引起许多物理过程，比如下图所示的：背散射电子、特征X射线、二次电子、俄歇电子等。

入射电子能量、固体材料表层的元素组成、微观结构及表面形貌等因素共同决定了电子入射引起的物理效应。

在微放电效应中，入射电子的能量通常不会超过几keV，关注的对象一般限于二次电子和背散射电子。

在微放电效应的研究中，常常将二次电子和背散射电子统称为二次电子。

由于微放电效应是微波部件腔体内电子与微波场共振引起电子倍增的现象，因此从微放电效应的数值模拟角度来看，只需知道一定参数的入射电子会引起多少二次电子即可，并不关心入射电子与材料作用的微观过程。

衡量材料的二次电子发射特性的参数是二次电子发射系数（secondary electron emission coefficient），亦有人称为二次电子发射产额（secondary electron yield）。

为了更明确地表明包含了背散射电子成分，更为准确的表述是总二次电子发射产额（total secondary electron yield，简称TSEY）。

当材料属性不变时，TSEY由入射电子的入射角度（定义为入射矢量所在直线与材料表面法线的夹角，位于0~90°之间）和入射能量决定，其典型规律如下图所示：入射角度增加引起TSEY增加，入射能量增加则引起TSEY先增后减，亦即TSEY存在一个最大值。

微波芯片射频性能的仿真建模与分析研究微波芯片是现代通信系统和雷达系统中不可或缺的关键元件，其射频性能的仿真建模与分析研究对于提高射频集成电路设计的精度和效率具有重要意义。

通过对微波芯片的射频性能进行仿真建模和分析能够帮助工程师们更好地理解和优化微波电路的性能，从而实现更好的无线通信和雷达传感器的应用。

首先，微波芯片的射频性能仿真建模需要考虑电磁场的特性和传播特性。

在仿真建模中，工程师们通常会采用电磁场仿真软件，如Ansoft HFSS、CST Microwave Studio等，来模拟微波芯片的电磁场行为。

通过建立电磁场仿真模型，我们可以分析微波芯片的传播特性、回波损耗、功率分布以及S参数等重要性能，并进一步优化电路设计。

其次，射频性能仿真建模还需要考虑微波芯片的传输线特性。

在微波电路中，传输线是连接不同组件的重要部分，其特性参数对射频信号的传输质量起着至关重要的作用。

仿真建模中，我们可以通过建立传输线模型来确定其电感、电容以及阻抗等特性参数，并进行传输线的反射、传输损耗和阻抗匹配等性能分析。

这有助于工程师们优化传输线的设计，减小传输损耗和反射损耗，从而提高微波芯片的射频性能。

此外，微波芯片的射频性能仿真建模还需要考虑电路的功耗和热效应。

随着芯片集成度的不断提高，功耗和热效应对于射频电路的性能具有越来越重要的影响。

因此，在仿真建模分析过程中，我们需要考虑电路的功耗分布和温度分布，并通过仿真软件进行热场仿真，以便预测和优化微波芯片的热效应，避免过热导致的性能衰减。

最后，射频性能仿真建模还需要关注微波芯片的噪声特性。

在无线通信和雷达系统中，噪声对于接收机灵敏度和系统性能起着至关重要的作用。

通过建立噪声模型，并使用仿真软件进行仿真，我们可以分析和优化微波芯片的噪声性能，从而提高接收灵敏度和系统的信噪比。

综上所述，微波芯片射频性能的仿真建模与分析研究在现代通信和雷达系统中具有重要意义。

通过电磁场仿真、传输线建模、功耗和热效应仿真以及噪声模拟等方法，我们可以准确分析微波芯片的性能并进行优化设计。

微波射频仿真实验报告一、实验室名称：微波、毫米波实验室二、实验项目名称：微波与射频电路仿真与设计实验三、实验学时：32学时四、实验原理：应用微波电路仿真软件ADS(Advanced Design System)，完成给定的微波电路设计任务。

五、实验目的：掌握微波电路CAD的基本概念；了解现代微波电路CAD的基本组成；掌握ADS软件并进行微波电路的建模，仿真，优化和调试等任务。

六、实验内容：微波电路的基本概念；微波网络基本理论；ADS软件的使用方法。

上机操作：1．完成给定的微波器件设计；2．完成实验报告。

七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机70台；ADS 2009仿真软件；U盘（学生自备）。

八、实验步骤：Wilkinson功分器的设计本实验是利用εr=4.3，厚度h=0.8mm的介质基板，设计公分比是1:1的Wilkinson功分器，在中心频率处实现功率分配功能。

电路模型和参数均参考冯新宇编写的《ADS2009射频电路与仿真》。

之后进对电路行了优化仿真，并生成版图。

虽然带宽不作要求，但是通过不断优化后设计出来的功分器，其分配损耗、隔离度和输入输出端驻波比在较宽的频带内均有较好的特性。

a.设计指标设计一功分器，在f0=3GHz处实现最佳工作，带宽不作要求，并作出版图仿真。

注：本实验设计的是Wilkinson功分器，指标若用设计出来后的指标既是：通带2.9～3.1 GHz,公分比1:1，带内各端口反射系数S11、S22、S33小于-20dB,两端口隔离度S23小于-25dB,传输损耗S21小于3.1dB。

b.功分器简介在射频/微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，需要使用功率分配器（简称功分器），在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛的使用功分器，而且通常功分器是成对使用的，现将功率分成若干份，然后在分别放大，再合成输出。

Wilkinson功分器的结构如图1所示，对于功率平分的情况，输入和输出口间的分支线特性阻抗=Z0，线长为四分之一线上波长，在分支线末端跨接一个电阻R，其值为2。

AWR射频微波电路设计与仿真教程课程实验报告实验名称DBR带通滤波器、功率分配器与耦合器设计i、功率分配器设计一、实验目的设计一个2路等分功率分配器，采用微带电路结构。

输入端特性阻抗Z＝50Ω，工作频率f0＝3GHz，要求S11、S23＜-30dB:基板参数εr＝9.8，H＝1000um，T＝18um。

基本内容:测量特性指标S11、S21、S23(单位dB)与频率(0.5f0～1.5f0)的关系曲线。

调节微带线的尺寸，使功分器的性能达到最佳。

进阶内容:进行版图设计，包括元件封装、布线调节，尤其是 MTRACE2元件的布线扩展内容:利用自动电路提取(ACE)技术，提取电磁模型，进一步缩小版图尺寸。

二、实验仪器硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10三、实验步骤⑴初始参数计算根据设计要求，在应用软件进行仿真设计之前，首先需要确定功率分配器的结构，进行电路初值计算。

一个2路等分功率分配器的结构如图4-6所示。

图中，Z0＝5092，Za、2o的长度均为o4。

其他参数计算:Zo＝Z，Zo＝Zos＝V2Zo，Za＝Zas＝Z，R＝2Z0将计算结果填入表4-1。

⑵电路图仿真与分析1、创建新工程（命名为Ex4.emp）2、设置单位（GHz、Ohm、um）3、设置工程频率（单位GHz，start为1.5，stop为4.5，step为0.01）4、创建原理图5、版图细调检查MTRACE2元件，对该元件进行布线操作，微调之后得到结果如下：6、版图对比分析得到MTRACE2 X1元件参数值为：DB { 2800,1807.134,2412 }umRB { 270,180,270 }W 406L 10004.739BType 2M 0.6对比图表如下：将布线向左侧版图靠拢，会得到不一样的仿真结果。

⑷电磁提取分析一、A CE分析1、添加提取器（STACKUP元件、EXTRACT模块）2、选择提取原件3、提取4、提取出的电磁结构如下图：进行电磁电路联合仿真，得到如下图所示：5、版图小型化调整结果如下：2D结构：6、提取三维电磁电路模型如下：6、进一步压缩版图尺寸得到的模型和分析结果如下：二、A XIEM分析AXIEM分析过程与ACE相似，只是将Simulator项改成AXIEM，不再赘述。

微波传输与射频电路的建模仿真分析一、微波传输模型微波传输是指在饱和传输条件下，电磁波的传播。

微波传输模型是微波通信系统中的一个重要部分，因为它可以帮助设计师更好地理解微波信号是如何传输的，有助于预测信号的特性、热噪声、误码率和抗干扰性等指标。

微波传输模型可以通过基本参数建立，包括传输线的长度、宽度、材料以及终端阻抗等。

同时，在传输线模型中，还需要考虑电磁波的传播特性，例如反射、干扰、信号衰减等参数。

此外，由于传输线中通常会有许多连接器和衰减器，因此，在建立微波传输模型时，还需要注意其连接和衰减的影响。

二、射频电路模型随着通讯技术的发展，射频电路也变得越来越重要。

射频电路是在射频信号中处理或放大信号的电路。

射频信号的频率通常在1MHz到100GHz之间，对于射频电路的设计和优化来说，关键的是要减少噪声和提高稳定性。

在射频电路模型的设计中，通常需要考虑很多因素，例如线圈、电容、电感和晶体管等元器件。

为了保证射频电路的高精度和高可靠性，并减少影响，通常会采用计算机模拟流程进行模型构建和仿真分析。

三、传输线和射频电路都属于电磁波领域的应用，它们的模型可以在MATLAB、ADS、CST等计算机仿真软件中建立和模拟。

但射频电路的模型一般相对于传输线较为复杂，因此需要不断改进和优化设计以提高精度。

在模型建立时，需要考虑多种因素，例如微波传输中的传输线阻抗、电阻、导体直径、介质常数等参数，射频电路中则包括线圈、电容、电感、晶体管等元器件和噪声等因素。

因此，建模及仿真既需要学科专业化也需要跨学科知识融合。

在进行微波传输和射频电路仿真时，需要注意模拟的时间和频率跨度。

例如，在进行模拟时，需要根据具体的实际工程应用来设定仿真时间，并根据实际需要进行频段选择。

同时，需要根据模拟的结果来优化传输线和射频电路模型，以使成果更接近实际工程应用场景。

四、小结微波传输和射频电路建模仿真是现代通信领域中的一项重要技术，因为它可以提高通信信号的稳定性和精度，为设计师和工程师提供更好的设计方案。

微波射频仿真软件介绍射频EDA仿真软件介绍（包括算法，原理）一、前言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系统设计的需要，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,国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软件以及CST，其次是比较小型的有Microwave Office, Ansoft Serenade, Zeland, XFDTD, Sonnet，FEKO 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。

这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的, 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。

电磁学问题的数值求解方法总的可分为时域和频域两大类。

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 -- Boundary Element Methed），和传输线法( TLM -- Transmission-Line-matrix Method）。

频域技术发展得比较早，也比较成熟。

在时域，数值算法有：时域有限差分法( FDTD –Finite Difference Time Domain ），和时域有限积分法( FITD – Finite Integration Time Domain）。