2022年常用的高频电磁场仿真软件 .pdf

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1、常用的高频电磁场仿真软件有下面这些：Ansoft HFSS 、Designer 、Emsenble 。ansoft 一贯使用 FEM （有限元法），HFSS 在中国大陆有绝对的市场份额。一直被大家认为电小不错，电大不行。一年一来一直致力于推翻大家这种印象。终端仿真里面面，我们认为网络参数相对还是比较正确的，但是场参数有时候就不是那么令人满意了。例如，建模一个 dipole ，在大部分关键的己方加了很多人工干预网哥划分，但是，增益和pattern 的波束角宽都差挺多的。手机天线仿真经常是百分之一百零几的效率。在9.1 版里 results 里就不得不多加了realized gain这个选项，把g

2、ain 这个选项的值打个折扣给你：）CST 的 Microwave Studio ，一直大家一位是fdtd，其实它是时域积分法（FITD ） ，当然其实不是原则上的不同。和FEM 方法不同， FDTD 或者 FITD 都是先在时域计算，用一个宽频谱的激励信号（方波或者高斯波都有）去激励模型，在时域计算然后去反演到频域。系统的网络参数和场参数基本上是反演后的得到的。特点是可以计算相当大的带宽结果，而不需要象用ansoft ，可能要把大带宽分割后分别仿真。CST 计算过程中， 由于没有 FEM 计算过程中矩阵求逆过程，计算时间和网格数成线性增长关系，而 FEM的是指数增长关系。CST 的 MWS

3、从 4.3 版起，开始有了大小网格嵌套技术，在曲面上细化六面体网格逼进曲面。这是其它FDTD 套件所没有的。 CST 的 MWS 最大的问题是不象ansoft 的那么傻瓜化，很多参数即使看了help 也不是很能让人理解。如果很深入了解MWS 内部细节，估计可以一次性不用收敛做出完美的仿真。我们曾经用完全相同的模型分别在ansoft 和 CST 运行，结果双频天线CST 结果低频比ansoft 结果高。而高频又比ansoft 结果低。但是场参数就可靠得多了，一个加上塑胶外壳参数、电池、屏蔽罩等器件的模型，天线在谐振点就是比较真实的百分之四、五十。韩国都用CST ，没有什么人用ansoft 。Ze

4、land IE3D ，矩量法（ MoM） 。IE3D 可能是最好的商业MoM 套件。 MoM 原理相对简单，且计算速度极快。 IE3D 比较适合2.5 维情形，例如算算PCB 或者微带天线比较合适，算复杂3D 结构力不从心。但是，手机PIFA 的计算就比较适合用IE3D 。不是用于做天线项目仿真，而是用于研究天线的基本特征，天线和 PCB 如何相互耦合、PCB 上激发的表面电流走向等原型阶段的预研。Zeland Fidelity ，FDTD 法，相比 IE3D 名气小， 用的人也不多。 没有 CST 大小网格嵌套。 这里补充一句，所有的 FDTD 套件都是采用PML 方法的。XFDTD ，有名

5、的FDTD 套件。经常和很多测试SAR 的硬件系统联系在一起，在加载人体电磁模型后可以计算 SAR 值。缺点是天线Pattern 没有 3D 显示，只有2D 截面。这个缺点最好能在新版本中改进。SemCAD ，也是 FDTD 套件。没有比XFDTD 等有太多优势，也有被用来计算SAR 的。好像也有用来作系统 EMC 计算。IMST Empire ，FDTD 套件。非常优秀的高频电磁场套件，德国人的东西。 获得欧洲多次仿真大赛的优胜，仿真题目是一个Vivalti 天线，速度最快，又最准确。但是正如德国人的问题，好是好，但又有太过明显缺陷。建模法实在是太复杂了，我学了三次都没有真正学会。最后没有时

6、间只好放弃。FEKO ，用 Ansys 接口的软件，使用混和MoM，多层快速多极子（这个我只知道名称了），几何光学和射线追踪法等， 可以计算非常复杂的3D 结构和环境， 擅长电大尺寸。 常被用做飞机电磁性能的建模和仿真。Sonnet ，MoM 方法。这个就不太熟了。SuperNEC ，MoM 法，要使用MatLab 平台。这个会限制它的计算速度，因为MatLab 是行解释型的，代码不编译。ADFEMS ，才听说的软件套件。意大利公司的产品，以前是对中国禁运的软件。据说是因为太专业太有用了，是航天器卫星、兵器等电磁仿真的利器。现在正在逐步对中国企业开放。但是如果是研究所或者国营机构去买，也还是不

7、卖。报价是ansoft 等套件的 10 倍以上。Aplac ，据说 Nokia 公司的人用这个作电磁场仿真。只是接触过他们的一个Sales ，看过一点资料，主要是电路和系统级的。电磁场模块fdtd 的，建模巨复杂。其它的都不清楚。CFDTD ，全名 Conformal FDTD，中国人编的商业套件。据说业界还有好评。但是看来商业做得不好，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 网上后来就没有再见消息。特色不用说，肯定是c

8、onformal啦，现在谁能对金属曲面边界做好conformal meshing 的就是好计算方法了。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。随着单片集成电路技术的不断发展GaAs 硅为基础的微波毫米波单片集成电路MIMIC 和超高速单片集成电路VHSIC 都面临着一个崭新的发展阶段，电路的设计与工艺研制日益复杂化，如何进一步提高电路性能降低成本缩短电路的研制周期已经成为电路设计的一个焦点，而 ED

9、A 技术是设计的关键EDA 技术的范畴包括电子工程设计师进行产品开发的全过程以及电子产品生产过程中期望由计算机提供的各种辅助功能。一方面EDA 技术可为系统级电路级和物理实现级三个层次上的辅助设计过程；1.基于矩量法仿真的微波EDA 仿真软件（ 1）Agilent ADS(Advanced Design System) Agilent ADS(Advanced Design System) 软件是在 HP EESOF系列 EDA 软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件。是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件是为系统和电路从电路元件的仿真模式识别的提取新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。它允许

10、工程师定义频率范围材料特性参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式， 该软件范围涵盖了小至元器件大到系统级的设计和分析，尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟线性或非线性电路的综合仿真分析与优化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使之成为设计人员的有效工具。（ 2）Sonnet 仿真软件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

11、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 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。（ 3）IE3D 仿真软件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - IE3D 是一个基于矩量法的电磁场仿真工具。

12、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它利用积分的方式求解Maxwell 方程组，从而解决电磁波的效应不连续性效应耦合效应和辐射效应问题。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。 IE3D 在微波 /毫米波集成电路MMIC RF 印制板电路微带天线线电线和其它形式的RF 天线 HTS 电路及滤波器IC 的内部连接和高速数字电路封装方面是一个非常有用的工具。（ 4）Microwave Office “ Microwave Office”软件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

13、的方法来处理较为简便。该软件设有VoltaireXL 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)

14、技术结合起来使得计算速度加快许多。 它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。Microwave Office 2006 增加了一些新功能包括滤波器智能综合智能负载牵引，提高对存在的回路的电磁仿真包括振荡器相位噪声分析和3D 平面电磁仿真引擎使对某些复杂问题的仿真更加有效。是一款容易学习和使用的RF 仿真软件。2.基于时域有限差分的微波仿真软件（ 1）CST MICROWAVE STUDIO CST MICROWAVE STUDIO? (CST SD) 是为快速精确仿真电磁场高频问题而专门开发的EDA 工具。是基于

15、PC 机 Windows 环境下的仿真软件它主要应用在复杂设计和更高的谐振结构，CST DS 通过散射参数使电磁场元件结合在一起把复杂的系统分离成更小的子单元通过对系统每一个单元行为的S-参数的描述。可以快速的分析和降低系统所需的内存，CST 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - DS 它考虑了在子单元之间高阶模式的耦合结构分成小部分而没有影响系统的准确性。（ 2）FIDELITY FIDELITY 是基于非均匀网格的

16、时域有限差分方法的全三维电磁场仿真器。可以解决具有复杂填充介质求解域的场分布问题。（ 4）IMST Empire IMST Empire 是一种 3D 电磁场仿真软件它是一种基于3D 的时域有限差分的方法。这种方法已经变成RF 元件设计的标准它的应用范围，从分析平面结构互联的多端口集成到微波波天线 EMC 问题 EMPIRE 基本覆盖了RF 设计 3D 场仿真的整个领域。根据用户的定义的频率范围一次的仿真的运行就可以得到散射参数辐射参数和辐射场图对于结构的定义。3D 编辑器集成到EMPIRE 软件中 AUTOCADTM 是一个流行的机械画图工具，可以在 EMPIRE 环境中使用监视窗口和动画可

17、以给出电磁波的现象并获得准确的结果。3.基于有限元的微波EDA 仿真软件1.Ansoft HFSS Ansoft HFSS 是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件。可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场可直接得到特征阻抗传播常数S 参数及电磁场辐射场天线方向图等结果。该软件被广泛应用于无线和有线通信，计算机， 卫星雷达， 半导体和微波集成电路航空航天等领域。 Ansoft HFSS 采用自适应网格剖分ALPS 快速扫频切向元等专利技术集成了工业标准的建模系统。提供了功能强大使用灵活的宏语言直观的后处理器及独有的场计算器。可计算分显示各种复杂的电磁场并利用Optimetrics 可对任意的

18、参数进行优化和扫描分析。使用 Ansoft 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。随着 EDA 技术的发展电磁仿真软件在微波产品设计中起到越来越重要的作用大幅度降低了产品的开发周期和研制费用。基本可以做到一次设计一次完成仿真结果与实验测试结果非常相近。但随着频率的增加和电路复杂性的增加为了获得更精确的仿真结果和提高仿真软件的运行效率， 需要有准确的模式与之相匹配和更精确数值分析方法。目前在我国比较流行使用的电路仿真工具Ailgent 公司的 ADS 和电磁场仿真工具A

19、nsoft 公司的 HFSS。ad float: left;margin-right: 10px;margin-left: 0px;简介：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。传统的设计方法已名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 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

20、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，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。关键字：微波射频仿真软件综述 应用评析微波系统的设计越来越复杂,对电路

21、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 ,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， 其次是比较小型的有Microwave Office, Ansoft Serenade, CST, Ze

22、land, 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 Method

23、s） ，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( FDTD Finite Difference Time Domain ） ，和有限积分法( FIT Finite Integration 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：Microwave Circuit Modeling Using Electromagnetic Field Simulation, Numerical Techniques in Electrom

24、agnetics, Electromagmetic Simunation Using the FDTD Method ，Complex eletromagnetic problems and numerical Simulation 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 ）

25、的微波 EDA 软件有EMPIRE和 XFDTD ， 使用有限积分法 ( FIT ） 的微波 EDA软件有 CST Microwave Studio和 CST Mafia。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，是国内各大学和研究所使用最多的软件之一。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。

26、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。现在最新的版本是ADS2004A 。Ansoft Designer ，是 Ansoft 公司推出的微波电路和通信系统仿真软件；它采用了最新的视窗技术，是第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，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -

27、 - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 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。现在最新的版本是Ansoft Designer 2.1。Ansoft HFSS ，是 Ansoft 公司推出的三维电磁仿真

28、软件；是世界上第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 第三定义场分量和轴比。使用HFSS，可以计算：基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；端口特征阻抗和传输常数； S参数和相应端口阻抗的归一化S 参数； 结构的本征

29、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。现在最新的版本是 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最完整, 最快速和最精确的解答。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VoltaireXL 的模拟器来处理集总元件构成的微波平面

30、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 ）

31、、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。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，须通过第三方软件Engineous 完成优化。该软件最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。软件最新版本为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。 IE3

32、D 可分为 MGRID、MODUA 和 PATTERNVIEW 三部分；MGRID 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

33、、平面微带天线设计的分析与设计。软件最新版本为Zeland IE3D10.0。CST MICROWAVE STUDIO ，是德国 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，还为某些名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - -

34、 - - - - - 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、

35、 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 、 SIwave 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，Eagleware-Elanix 公司的 Eagleware Genesys ，和 Super NEC等。这里限于时间篇幅就不一一介绍了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -