資料介紹
微波EDA 仿真軟件與電磁場的數值算法密切相關,在介紹微波EDA 軟件之前先簡要的介紹一下微波電磁場理論的數值算法。所有的數值算法都是建立在Maxwell方程組之上的,了解Maxwell方程是學習電磁場數值算法的基礎。計算電磁學中有眾多不同的演法,如時域有限差分法(FDTD)、時域有限積分法(FITD)、有限元法(FE)、矩量法(MoM)、邊界元法(BEM)、譜域法(SM)、傳輸線法(TLM)、模式匹配法(MM)、橫向諧振法(TRM)、線方法(ML)和解析法等等。在頻域,數值算法有:有限元法( FEM -- Finite Element Method)、矩量法( MoM -- Method of Moments),差分法( FDM -- Finite Difference Methods),邊界元法( BEM --Boundary Element Method),和傳輸線法( TLM -- Transmission-Line-matrix Method)。在時域,數值算法有:時域有限差分法( FDTD - Finite Difference Time Domain ),和有限積分法( FIT - Finite Integration Technology )。這些方法中有解析法、半解析法和數值方法。數值方法中又分零階、一階、二階和高階方法。依照解析程度由低到高排列,依次是:時域有限差分法(FDTD)、傳輸線法(TLM)、時域有限積分法(FITD)、有限元法(FEM)、矩量法(MoM)、線方法(ML)、邊界元法(BEM)、譜域法(SM)、模式匹配法(MM)、橫向諧振法(TRM)、和解析法。依照結果的準確度由高到低,分別是:解析法、半解析法、數值方法。在數值方法中,按照結果的準確度有高到低,分別是:高階、二階、一階和零階。時域有限差分法(FDTD)、時域有限積分法(FITD)、有限元法(FEM)、矩量法(MoM)、傳輸線法(TLM)、線方法(ML)是純粹的數值方法;邊界元法(BEM)、譜域法(SM)、模式匹配法(MM)、橫向諧振法(TRM)則均具有較高的分辨率。模式匹配法(MM)是一個半解析法,倘若傳輸線的橫向模式是準確可得的話。理論上,模式可以是連續譜。但由于數值求解精度的限制,通常要求橫向模式是離散譜。這就要求橫向結構上是無耗的。更通俗地講,就是無耗波導結構。換言之,MM 最適用于波導空腔、高Q 且在能量傳輸的某一維上結構具有一定的均勻性。譬如,它適用于兩個圓柱腔在高度維上的耦合的分析,但不適用于兩個葫蘆間的耦合分析,因為后者沒有非常明確的模式參與能量交換,人們只能將大量的模式一并考慮,這樣就降低了MM 的效用。有限元法(FEM)是一種一階純數值方法(若用一階元的話)。它適用于任何形狀的結構,是一個通用的方法。但事物總是一分為二的。一般來說,通用方法在特殊應用領域的效率將不如特殊方法。對于高Q 空腔濾波器設計,MM 就遠優于FEM。
如果想進一步了解各種數值算法的具體實現,可以參閱以下幾本書籍:①Microwave Circuit Modeling Using Electromagnetic Field Simulation, ②Numerical Techniques in Electromagnetics, ③Electromagmetic Simunation Using the FDTD Method,④Complex eletromagnetic problems and numerical Simulation Approaches。使用矩量法( MoM )的微波EDA軟件有ADS,Sonnet,Ansoft Designer,Microwave Office, Zeland IE3D,Ansoft Esemble,Super NEC和FEKO;使用有限元法( FEM )的微波EDA軟件有HFSS和ANSYS;使用時域有限差分法( FDTD )的微波EDA軟件有EMPIRE和XFDTD,使用有限積分法( FITD )的微波EDA軟件有CST Microwave Studio。
下面來介紹較流行幾種的微波EDA軟件的功能和應用。
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