导言
跟着单片集成电路技能的不断开展，GaAs、硅为根底的微波/毫米波单片集成电路(MIMIc)和超高速单片集成电路(VHSIC)都面临着一个簇新的开展阶段，电路的规划与工艺研发日益杂乱化，怎么进一步进步电路功用、下降成本、缩短电路的研发周期，现已成为电路规划的一个焦点，而EDA技能是规划的要害。EDA技能的范畴包括产品开发的全进程，以及电子产品出产进程中希望由核算机供给的各种辅佐功用。一方面EDA技能可分为体系级、电路级和物理完结级3个层次上的辅佐规划进程;另一方面EDA技能应包括电子线路从低频到高频、从线性到非线性、从模仿到数字、从分立电路到集成电路的悉数规划进程。
跟着无线电体系规划向更高频率的开展和电路杂乱性的添加，关于高频电磁场的仿真，因为疏忽了高阶传达方式而引起仿真的差错。特别是射频集成电路和微渡集成电路，对传统的低频模仿和数字电路的规划办法提出了新应战。这些应战包括器材和处理进程的改变、散布传输线的非接连方式和电磁(EM)耦合的改变。一同，规划还必须考虑半导体资料(GaAs.siGe，InP)的特性，而资料问题和作业在微波频率下所树立模型的准确化问题则是更大的应战。
这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关，不同的仿真软件是依据不同的数值剖析办法来进行仿真的。一般，数值解法分为显式和隐式算法，跟着问题的添加，隐式算法(包括一切的频域办法)表现出剧烈的非线性。显式算法(例如FDTD、FIT办法)在处理问题时，表现出合理的存储容量和时刻。
本文依据电磁仿真东西所选用的数值解法进行分类，对常用的微波EDA仿真软件进行评述。
1 依据矩量法的微波EDA仿真软件
依据矩量法(MM)仿真的EDA软件首要包括ADS(Advanced Design sysIem)、sonnet电磁仿真软件、Zeland公司的IE3D、Micowave office和Ansys公司的FEKO。
1.1 ADS软件
Agilent ADS是美国安捷伦公司在HP EESOF系列EDA软件根底上开展完善起来的大型归纳规划软件，为体系和电路规划人员供给可开发各种方式射频规划的有力东西，运用面包括从射频/微波模块到集成MMIc。该软件能够在微机上运转，其前身是作业站运转版别MDS(Micmwave Design System)。ADS软件还供给了一种新的滤波器规划辅导，能够运用智能化用户界面来剖析和归纳射频/微波电路，并可对平面电路进行场剖析和优化。它答运用户界说频率规模、资料特性、参数的数量和依据用户的需求主动发生要害的无源器材模型。该软件规模包括了小至元器材芯片，大到体系级的规划和剖析。特别可在时域或频域内完结对数字或模仿、线性或非线性电路的归纳仿真剖析与优化，并可对规划成果进行成品率剖析与优化，进步了杂乱电路的规划功率，使之成为规划人员的有用东西。
ADS仿真软件在国内各大学和研讨所已得到广泛的运用，是仿真软件中的佼佼者。它是一种归纳性的规划软件，能够完结对电路和场结构的仿真。快速的电路仿真为规划者供给初始的规划成果，然后经过矩量法仿真得到准确的成果。ADS供给了对不同电路的规划辅导，包括滤波器、放大器、蓝牙、混频器、振荡器和无源器材的规划，在2003A版别中还添加了对单片微波集成电路的规划，使规划愈加便利。
1.2 Sonnet软件
sonnet软件公司是全球抢先的以电磁场技能为中心的电子规划主动化专业软件商。其首要事务是开发、推行并在技能上支撑它的高端技能软件产品。sonnet公司开发的3D平面电磁场剖析软件，凭仗其在单层和多层平面电路和天线上的准确、快速的剖析才干，赢得了世界上几百家客户的赞誉。
sonnet是一种依据矩量法的电磁仿真软件，供给面向3D的高频电路规划，以及在微波、毫米波范畴和电磁兼容/电磁搅扰规划的EDA东西。sonnet运用于高频电磁场剖析，频率从lMHz到数十GHz。首要运用有：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(层的衔接或接地)、耦合线剖析、PCB板电路剖析、PCB板电磁搅扰剖析、桥式螺线电感器、平面高温超导电路剖析、毫米波集成电路(MMIC)规划和剖析、混合匹配的电路剖析、HDI和LTCC转化、单层或多层传输线的准确剖析、多层的平面电路剖析、单层或多层的平面天线剖析、平面天线阵剖析、平面耦合孔的剖析等。
1.3 IE3D软件
IE3D是zeland公司开发的一种依据矩量法的电磁场仿真东西，能够处理多层介质环境下三维金属结构的电流散布问题。它运用积分的办法求解Maxwell方程组，然后处理电磁波效应、不接连性效应、耦合效应和辐射效应问题。仿真成果包括S、Y、Z参数、VSWR、RLC等效电路、电流散布、近场散布和辐射方向图、方向性、功率和RCS等。IE3D在微波/毫米波集成电路(MMlC)、RF印制板电路、微带天线、线天线和其它方式的RF天线、HTS电路及滤波器、Ic的互联和高速数字电路封装方面是一个十分有用的东西。
1.4 Microwave Office软件
Microwave Office软件是Applied Wave Research公司开发的高频电磁仿真软件，是经过两个模仿器来对微波平面电路进行模仿和仿真的。关于由集总元件构成的电路，用电路的办法来处理较为简洁。该软件设有“VoltaireXL模仿器用来处理集总元件构成的微波平面电路问题。而关于由详细的微带几许图形构成的散布参数平面电路则选用场的办法较为有用，该软件选用“EMSight”模仿器处理任何多层平面结构的三维电磁场问题。
“VoltaireXL”模仿器内设一个元件库，在树立电路模型时，能够调出微波电路所用的元件，其间无源器材有电感、电阻、电容、谐振电路、微带线、带状线、同轴线等等，非线性器材有双极晶体管、场效应晶体管、二极管等等。
“EMSight”模仿器是一个三维电磁场模仿程序包，可用于平面高频电路和天线结构的剖析。其特色是把批改谱域矩量法与直观的视窗图形用户界面(GUI)技能结合起来，使得核算速度加速许多。它能够剖析射频集成电路(RFIC)、微波单片集成电路(MMIC)、微带贴片天线和高速印制电路(PCB)等的电气特性。
Microwave Office 2002添加了一些新功用，包括滤波器智能归纳、振荡器相位噪声剖析和3D平面电磁仿真引擎，使对某些杂乱问题的仿真愈加有用。
1.5 FEKO软件
FEKO是Ansys公司开发的以矩量法为中心算法的高频电磁仿真软件。因为其依据严厉的积分方程办法，因而只需硬件条件答应，就能够求解恣意杂乱结构的电磁问题。为了在当时的核算机硬件条件下完结大尺度杂乱结构(一般从数值核算的视点界说为，待剖析方针尺度超越10个波长)的核算，本软件还供给了专用于大尺度问题的高频办法——物理光学办法(PO)和一致性几许绕射理论(UTD)。
FEK0真实完结了MM办法和PO/UTD的混合，因而彻底能够依据用户的需求进行快速准确的电磁核算。当问题的电尺度太大时，就可考虑运用本产品的混合办法来进行仿真模仿。对要害性的部位运用矩量法，对其他重要的区域(一般都是大的平面或许曲面)运用PO或许UTD。依据不同的电磁问题，对混合办法进行组合，可按用户需求得到满意的精度和速度。别的，对PO办法，FEKO运用了棱边批改项和模仿凸外表爬行波的福克电流。依据核算机硬件条件和待求解问题精度要求的不同，FEKO软件能够求解成百上千个波长的电磁问题。
2 依据时域有限差分法的微波EDA仿真软件
依据时域有限差分的仿真软件包括：CST MICROWAVE STUDIO、FIDELlTY、IMST Empire和CFDRC。
2.1 CST MICROWAVE STUDIO仿真软件
CST MICROWAVE STUDlO是Computer Simulation Technology公司专门开发的高频电磁场问题EDA东西，是依据PC机Windows环境下的仿真软件，首要运用在杂乱和更高频的谐振结构。CST经过散射参数把电磁场元件结合在一同，把杂乱的体系别离成更小的子单元，经过对体系每一个单元行为的S参数的描绘，能够进行快速的剖析，而且下降体系所需的内存。CST考虑了在子单元之间高阶方式的耦合，因为体系的有用切割而没有影响体系的准确性。
CST MICROWAVE STUDIO能够运用在仿真电磁场范畴，剖析大多数高频电磁场问题，包括移动通讯、无线规划、信号完整性和电磁兼容(EMC)等。详细运用规模包括耦合器、滤波器、平面结构电路、衔接器、IC封装、各种类型天线、微波元器材、蓝牙技能和电磁兼容/搅扰等。
CST具有以下特色：1)选用近乎完美的边界条件迫临(PBA)办法;2)可视的图形化用户界面(GUI)使CST MWS愈加易于学习和运用;3)主动输入CAD数据节省了很多时刻;4)经过先进的优化软件包对产品进行优化处理，使规划师快速得到需求的结构尺度。
2.2 FIDELITY仿真软件
FIDELITY是Zeland公司开发的依据非均匀网格的时域有限差分办法的三维电磁场仿真软件，能够处理具有杂乱填充介质求解域的场散布问题。仿真成果包括S、Y、Z参数、VSWR、RLC等效电路、近场散布、坡印廷矢量和辐射方向图等。FIDELITY能够剖析非绝缘和杂乱介质结构的问题。它在微波/毫米波集成电路(MMIC)、RF印制板电路、微带天线、线天线和其它方式的RF天线、HTS电路及滤波器、IC的内部衔接和高速数字电路封装，EMI及EMC方面得到运用。
FIDELITY的特色有：1)可对三维金属和非绝缘介质结构进行建模;2)高效非均匀网格的FDTD仿真引擎;3)能便利地对剖析方针进行摆放定位和几许结构的修改与查看;4)可对非各向同性介质填充的同轴波导和矩形波导进行建模;5)具有主动网格生成功用、网格优化功用和对输入的几许结构进行独自网格生成功用;6)预界说同轴、微带、矩形波导和用户界说端口;7)不同边界条件的完结(如PML);8)集成的预处理和后处理功用，包括S参数提取和时域信号显现;9)辐射方向图的核算、近场动态显现功用;10)具有切片显现功用的三维和二维电场、磁场及坡印廷矢量的显现;11)平面波鼓励和SAR核算功用。
2.3 IMST Empire仿真软件
IMST Empire是一种3D电磁场仿真软件，是依据3D的时域有限差分办法。它的运用规模从剖析平面结构、互联、多端口集成到微波波导、天线、EMC问题。Empire根本覆盖了RF规划3D场仿真的整个范畴。依据用户界说的频率规模，一次仿真运转就能够得到散射参数、辐射参数和辐射场图。关于结构的界说，3D修改器集成到EMPIRE软件中。AutocAD是盛行的机械画图东西，能够在Empire环境中运用。监督窗口和动画能够给出电磁波现象，并取得准确成果。
2.4 CFDRC仿真软件
CFDRC是CFD Research Corpration开发的一种依据时域有限差分法(FDTD)或依据磁矢量位的全隐式办法的三维仿真软件。此东西能够仿真电磁波传达、交调失真、辐射和电磁搅扰，一同，供给重要的电路功用参数，如电容、电感、阻抗、S参数、Y参数等。建模东西供给规范的EDA输人(CIF，GDSⅡ，DXF)，使结构的树立变得十分简单。全波电磁仿真运用非结构的多面体网格能够解出三维恣意形状的Maxwell方程的解。
CFDRC仿真软件一般运用在高保真电磁剖析场合(射频微电子、EMI/EMC、RF MEMS器材、封装、天线、高密度互连、光子学)，现在还运用于RFMEMs器材封装研讨。
3依据有限元法的微波EDA仿真软件
依据有限元法的典型仿真软件是Ansoft HFSS和Ansys Emax。
HFSS的理论根底是有限元办法，是一种积分办法，得到的是频域解，所以由频域到时域，HFSS在规划各种辐射器及求本征模问题方面很拿手。因为Ansoft公司进入中国市场较早，所以现在国内HFSS的运用者很多，特别是在各大通讯技能研讨单位、公司、高校十分遍及。最近，该公司开发的Ansoft design 1.O把电路规划、电磁仿真和印刷版的规划有机地结合在了一同。
3.1 Ansoft HFSS软件
Ansoft HFSS是美国Ansoft公司开发的一种三维结构电磁场仿真软件，可剖析仿真恣意三维无源结构的高频电磁场，并直接得到特征阻抗、传达常数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等成果。该软件被广泛运用于无线和有线通讯、核算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等范畴。
Ansoft HFSS选用自适应网格剖分、ALPS快速扫频、切向元等专利技能，集成了工业规范的建模体系，供给了功用强大、运用灵敏的宏言语，直观的后处理器及独有的场核算器，可核算剖析显现各种杂乱的电磁场，并可运用oplimetrics对恣意参数进行优化和扫描剖析。
运用Ansoft HFSS还能够核算：1)根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等。
3.2 ANSYS Emax软件
ANSYS Emax是ANSYS公司的高频电磁场剖析产品。运用范畴包括：射频/微波无源器材、射频/微波电路、电磁搅扰与电磁兼容(EMI/EMC)、天线规划和方针辨认。
ANSYS/Emax支撑有限元核算区域一切成果的静态和动画显现。包括：电磁场强度、质量要素、S参数、电压、特征阻抗、雷达截面积(RCS)、模型区域的远场和近场、天线方向图、焦耳热损耗。
ANSYS Emax7.1还供给新的核算功用：1)频段内快速扫频核算，用于S参数的快速提取;2)天线各项拓宽方针(增益、辐射功率、方向图、功率)的核算;3)Ⅳ端口网络s参数主动提取;4)热效应剖析;5)S参数的Touch stone格式文件输出;6)RCS极化方向挑选。
4定论
微波体系的规划越来越杂乱，对电路的方针要求越来越高，电路的功用越来越多，电路的尺度要求越做越小，而规划周期却越来越短。传统的规划办法现已不能满意体系规划的需求，运用微波EDA软件东西进行微波元器材与微波体系的规划现已成为微波电路规划的必然趋势。
实践标明，运用EDA仿真东西，能够大幅度下降产品的开发周期和研发费用，根本能够做到一次规划、一次完结，仿真成果与试验测验成果十分附近。但跟着频率的添加和电路杂乱性的添加，为了取得更准确的仿真成果和进步仿真软件的运转功率，需求有准确的方式与之相匹配和更准确的数值剖析办法。而对软件的运用者来说，任何软件都不是彻底智能的，都需求人为的干涉，并对电磁场理论有深入的了解，才干树立有用的模型。现在，RF和微波EDA仿真软件已从单一的仿真东西向多重仿真东西开展，即：EDA仿真软件将集电磁仿真、集成电路仿真、电路板的制作为一体。各公司的竞赛越来越剧烈，怎么在最短的时刻内核算出最准确的成果是各软件公司所寻求的方针。信任人们在不断总结经验的根底上，将会开宣布功用愈加安稳、运用愈加广泛的各类微波EDA仿真东西，微波工程范畴运用的人工智能专家体系最终方针的完结也将指日可下。
