計(jì)算電磁學(xué)各種方法比較和電磁仿真軟件推薦

ADS - Advanced Design System,是Agilent公司推出的微波電路和通信系統(tǒng)仿真軟件,是國(guó)內(nèi)各大學(xué)和研究所使用最多的軟件之一。其功能非常強(qiáng)大,仿真手段豐富多樣,可 實(shí)現(xiàn)包括時(shí)域和頻域、數(shù)字與模擬、線性與非線性、噪聲等多種仿真分析手段,并可對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行成品率分析與優(yōu)化,從而大大提高了復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)效率,是非 常優(yōu)秀的微波電路、系統(tǒng)信號(hào)鏈路的設(shè)計(jì)工具。主要應(yīng)用于:射頻和微波電路的設(shè)計(jì),通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì),DSP設(shè)計(jì)和向量仿真。

ANSYS公司推出的微波電路和通信系統(tǒng)仿真軟件;它采用了最新的窗口技術(shù),是第一個(gè)將高頻電路系統(tǒng),版圖和電磁場(chǎng)仿真工具無(wú)縫地 集成到同一個(gè)環(huán)境的設(shè)計(jì)工具,這種集成不是簡(jiǎn)單和接口集成,其關(guān)鍵是ANSYS Designer獨(dú)有的"按需求解"的技術(shù),它使你能夠根據(jù)需要選擇求解器,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的完全控制。

ANSYS Designer實(shí)現(xiàn)了“所見(jiàn)即所得”的自動(dòng)化版圖功能,版圖與原理圖自動(dòng)同步,大大提高了版圖設(shè)計(jì)效率。同時(shí),Ansys還能方便地與其它設(shè)計(jì)軟件集 成到一起,并可以和測(cè)試儀器連接,完成各種設(shè)計(jì)任務(wù),如頻率合成器,鎖相環(huán),通信系統(tǒng),雷達(dá)系統(tǒng)以及放大器,混頻器,濾波器,移相器,功率分配器,合成器 和微帶天線等。主要應(yīng)用于:射頻和微波電路的設(shè)計(jì),通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì),電路板和模塊設(shè)計(jì),部件設(shè)計(jì)。

ANSYS公司推出的三維電磁仿真軟件;是世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件,業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)。HFSS提供了一簡(jiǎn)潔直觀的用戶(hù)設(shè)計(jì)接口、精確自適應(yīng)的場(chǎng)解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器,能計(jì)算任意形狀三維無(wú)源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全 波電磁場(chǎng)。HFSS軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能,它可以計(jì)算天線參量,如增益、方向性、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖剖面、遠(yuǎn)場(chǎng)3D圖和3dB帶寬;繪制極化特性,包括球形 場(chǎng)分量、圓極化場(chǎng)分量、Ludwig第三定義場(chǎng)分量和軸比。使用HFSS,可以計(jì)算:

①基本電磁場(chǎng)數(shù)值解和開(kāi)邊界問(wèn)題,近遠(yuǎn)場(chǎng)輻射問(wèn)題;

②端口特征阻抗和傳輸常數(shù);

③S參數(shù)和相應(yīng)埠阻抗的歸一化S參數(shù);

④結(jié)構(gòu)的本征模或諧振解。而且,由ANSYS HFSS和ANSYSDesigner構(gòu)成的Ansys高頻解決方案,是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案,提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級(jí)的快速而精確的設(shè)計(jì)手 段,覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。

Microwave Office

AWR公司推出的微波EDA軟件,為微波平面電路設(shè)計(jì)提供了最完整, 最快速和最精確的解答。它是通過(guò)兩個(gè)仿真器來(lái)對(duì)微波平面電路進(jìn)行模擬和仿真的。對(duì)于由集總組件構(gòu)成的電路,用電路的方法來(lái)處理較為簡(jiǎn)便;該軟件設(shè)有"VoltaireXL"的仿真器來(lái)處理集總組件構(gòu)成的微波平面電路問(wèn)題。

而對(duì)于由具體的微帶幾何圖形構(gòu)成的分布參數(shù)微波平面電路則采用場(chǎng)的方法較為有效;該軟件采用的是"EMSight"的仿真器來(lái)處理任何多層平面結(jié)構(gòu)的三維電磁場(chǎng)的問(wèn)題。"VoltaireXL" 仿真器內(nèi)設(shè)一個(gè)組件庫(kù),在建立電路模型時(shí),可以調(diào)出微波電路所用的組件,其中無(wú)源器件有電感、電阻、電容、諧振電路、微帶線、帶狀線、同軸線等等,非線性 器件有雙極晶體管, 場(chǎng)效應(yīng)晶體管,二極管等等。

"EMSight"仿真器是一個(gè)三維電磁場(chǎng)模擬程序包,可用于平面高頻電路和天線結(jié)構(gòu)的分析。特點(diǎn)是把修正譜域矩量法與直觀 的窗口圖形用戶(hù)接口(GUI)技術(shù)結(jié)合起來(lái),使得計(jì)算速度加快許多。MWO可以分析射頻集成電路 (RFIC)、微波單片集成電路(MMIC)、 微帶貼片天線和高速印制電路(PCB)等電路的電氣特性。

XFDTD

是Remcom公司推出的基于時(shí)域有限差分法(FDTD)的三維全波電磁場(chǎng)仿真軟件。XFDTD用戶(hù)接口友好、計(jì)算準(zhǔn)確;但XFDTD本身沒(méi)有優(yōu)化功能, 須通過(guò)第三方軟件Engineous完成優(yōu)化。該軟件最早用于仿真蜂窩電話(huà),長(zhǎng)于手機(jī)天線和SAR計(jì)算?，F(xiàn)在廣泛用于無(wú)線、微波電路、雷達(dá)散射計(jì)算,化 學(xué)、光學(xué)、陸基警戒雷達(dá)和生物組織仿真。

Zeland IE3D

IE3D是一個(gè)基于矩量法的電磁場(chǎng)仿真工具,可以解決多層介質(zhì)環(huán)境下的三維金屬結(jié)構(gòu)的電流分布問(wèn)題。

IE3D可分為MGRID、MODUA和 PATTERNVIEW三部分;MGRID為IE3D的前處理套件,功能有建立電路結(jié)構(gòu)、設(shè)定基板與金屬材料的參數(shù)和設(shè)定模擬仿真參數(shù);MOODUA是 IE3D的核心執(zhí)行套件,可執(zhí)行電磁場(chǎng)的模擬仿真計(jì)算、性能參數(shù)(Smith園圖,S參數(shù)等)計(jì)算和執(zhí)行參數(shù)優(yōu)化計(jì)算;PATTERNVIEW是IE3D 的后處理套件,可以將仿真計(jì)算結(jié)果,電磁場(chǎng)的分布以等高線或向量場(chǎng)的形式顯示出來(lái)。

IE3D仿真結(jié)果包括S、Y、Z參數(shù),VWSR,RLC等效電路,電流 分布,近場(chǎng)分布和輻射方向圖,方向性,效率和RCS等;應(yīng)用范圍主要是在微波射頻電路、多層印刷電路板、平面微帶天線設(shè)計(jì)的分析與設(shè)計(jì)。

CST MICROWAVE STUDIO

是德國(guó)CST(Computer Simulation Technology)公司推出的高頻三維電磁場(chǎng)仿真軟件。廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、無(wú)線通信(藍(lán)牙系統(tǒng))、信號(hào)集成和電磁兼容等領(lǐng)域。

MICROWAVE STUDIO使用簡(jiǎn)潔,能為用戶(hù)的高頻設(shè)計(jì)提供直觀的電磁特性。MICROWAVE STUDIO 除了主要的時(shí)域求解器模塊外,還為某些特殊應(yīng)用提供本征模及頻域求解器模塊。

CAD文件的導(dǎo)入功能及SPICE參量的提取增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的可能性并縮短了設(shè)計(jì) 時(shí)間。另外,由于MICROWAVE STUDIO的開(kāi)放性體系結(jié)構(gòu)能為其它仿真軟件提供鏈接,使 MICROWAVE STUDIO 與其它設(shè)計(jì)環(huán)境相集成。

是一種基于矩量法的電磁仿真軟件,提供面向3D平面高頻電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及在微波、毫米波領(lǐng)域和電磁兼容/電磁干擾設(shè)計(jì)的EDA工具。SonnetTM應(yīng)用于平面高頻電磁場(chǎng)分析,頻率從1MHz到幾千GHz。

主要的應(yīng)用有:微帶匹配網(wǎng)絡(luò)、微帶電路、微帶濾波器、帶狀線電路、帶狀線濾波器、過(guò)孔(層的連接或接地)、偶合線分析、PCB板電路分析、 PCB 板干擾分析、橋式螺線電感器、平面高溫超導(dǎo)電路分析、毫米波集成電路(MMIC)設(shè)計(jì)和分析、混合匹配的電路分析、HDI 和LTCC 轉(zhuǎn)換、單層或多層傳輸線的精確分析、多層的平面的電路分析、單層或多層的平面天線分析、平面天線陣分析、平面偶合孔的分析等。

FEKO是德語(yǔ)Feldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache(任意復(fù)雜電磁場(chǎng) 計(jì)算)首字母的縮寫(xiě)。

本產(chǎn)品用于復(fù)雜形狀三維物體的電磁場(chǎng)分析。FEKO是針對(duì)天線設(shè)計(jì)、天線布局與電磁兼容性分析而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)電磁場(chǎng)分析軟件,從嚴(yán)格的電磁場(chǎng)積分方程出發(fā), 以經(jīng)典的矩量法(MOM:Method Of Moment)為基礎(chǔ),采用了多層快速多級(jí)子(MLFMM:Multi-Level Fast Multipole Method)算法在保持精度的前提下大大提高了計(jì)算效率,并將矩量法與經(jīng)典的高頻分析方法(物理光學(xué)PO:Physical Optics,一致性繞射理論UTD:Uniform Theory of Diffraction)無(wú)縫結(jié)合,從而非常適合于分析天線設(shè)計(jì)、雷達(dá)散射截面(RCS)、開(kāi)域輻射、電磁兼容中的各類(lèi)電磁場(chǎng)分析問(wèn)題。

5.0以后的 Feko版本更是混合了有限元法(FEM:Finite Element Method),能更精確的處理多層電介質(zhì)(如多層介質(zhì)雷達(dá)罩)、生物體吸收率的問(wèn)題。Feko通常處理問(wèn)題的方法是:對(duì)于電小結(jié)構(gòu)的天線等電磁場(chǎng)問(wèn) 題,FEKO采用完全的矩量法進(jìn)行分析,保證了結(jié)果的高精度。對(duì)于具有電小與電大尺寸混合的結(jié)構(gòu),FEKO既可以采用高效的基于矩量法的多層快速多極子 法,又可以將問(wèn)題分解后選用合適的混合方法(如用矩量法、多層快速多級(jí)子分析電小結(jié)構(gòu)部分,而用高頻方法分析電大結(jié)構(gòu)部分),從而保證了高精度和高效率的 完美結(jié)合,因此在處理電大尺寸問(wèn)題如天線設(shè)計(jì)、RCS計(jì)算等方面,其速度和精度均無(wú)以倫比。

采用以上的技術(shù)路線,Feko可以針對(duì)不同的具體問(wèn)題選取不同的方法來(lái)進(jìn)行快速精確的仿真分析,使得應(yīng)用更加靈活,適用范圍更廣泛,突破了單一數(shù)值計(jì)算方法只能局限于某一類(lèi)電磁問(wèn)題的限制。