Обзор САПР моделирования СВЧ-устройств Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Engineering sciences

УДК 1082

DOI 10.21661/r-116149 А.И. Сиркели, В.Е. Драч

Обзор САПР моделирования СВЧ-устройств

Аннотация

Статья посвящена краткому обзору современных САПР для электромагнитного моделирования СВЧ-устройств. В работе рассмотрены пять основных САПР: FEKO, pWave Wizard, Sonnet, AWR Microwave Office, HFSS. Для каждой САПР приведены основные методы, которые используются для моделирования СВЧ-структур и основные преимущества, которые отличают ее использование.

I

Ключевые слова: САПР, СВЧ-устройства, электромагнитное моделирование, FEKO, |jWave Wizard, Sonnet, AWR Microwave Office, HFSS.

A.I. Sirkeli, V.E. Drach

The review of CAD for simulation of microwave devices

Abstract

The article is devoted to a brief review of modern CAD for electromagnetic modeling of microwave devices. Five major CAD systems are described in the article: FEKO, pWave Wizard, Sonnet, AWR Microwave Office, HFSS. The main methods are given for each CAD system used for simulation of microwave structures and the main advantages that distinguish its use.

I Keywords: CAD, microwave devices, electromagnetic simulation, FEKO, |jWave Wizard, Sonnet, AWR Microwave Office, HFSS.

В последние десятилетия системы автоматизированного проектирования электронного оборудования интенсивно развиваются. Современное радиооборудование все более четко можно разделить на две части: системы СВЧ и цифровой обработки. Наряду с цифровой частью, мы можем отметить возрастающую роль СВЧ-электроники. Большое количество систем, работающих на сверхвысоких частотах: мобильная связь, навигация, спутниковое телевидение, телекоммуникационные системы, системы специального назначения и т. д., обуславливают эту тенденцию. С другой стороны, многие вопросы работы радиосистем, например, электромагнитной совместимости различных подсистем, должны быть решены с помощью методов, характерных для СВЧ-диапазона. Поэтому, если несколько десятков лет назад, СВЧ-о-борудование рассматривалось исключительно в каче-

стве аппаратных средств специального назначения, но теперь это не так. Такое расширение использования СВЧ-электроники находит свое отражение в разработке соответствующих систем автоматизированного проектирования.

Название программы FEKO - это аббревиатура от немецкого языка - «FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache» (расчет поля тел произвольной формы). Название указывает на то, что FEKO используется в расчетах электромагнитных волн в пространстве, включающие объекты произвольной формы.

FEKO [1,2] представляет собой всеобъемлющее программное обеспечение, широко используемое в телекоммуникационной, автомобильной, аэрокосмической и оборонной промышленности. Использование FEKO позволяет проводить эффективный анализ широкого спектра задач, в том числе антенн, СВЧ-компо-

Технические науки

нентов и медико-биологических систем, размещение антенн на электрически больших структурах, расчет рассеяния, а также исследование электромагнитной совместимости. FEKO также предлагает инструменты, которые с учетом решения более сложных электромагнитных взаимодействий. FEKO считается мировым лидером на рынке для анализа и расчета антенн.

САПР ^Wave Wizard компании Mician сочетает в себе гибкость 2D/3D метода конечных элементов со скоростью и точностью традиционных методов согласования мод.

Простой состав сложных СВЧ-структур с использованием основных блоков исключает необходимость создания полной 3D модели всей структуры и ускоряет процесс проектирования. В дополнение к его быстрым и мощным численным методам, ^Wave Wizard предлагает гибкость и открытость, в том числе интерфейс COM API и экспорт форматов CAD, которые взаимодействуют с большинством других САПР.

^Wave Wizard предлагает графический пользовательский интерфейс, который делает удобным использование ПО даже для новичка. Представление проекта в виде дерева предоставляет всю информацию о текущем проекте, схемы и подсхемы и настройки по умолчанию, точность, свойства материала и др. Новый графический интерфейс отдельно идентифицирует переменные, которые соответствуют схеме, выбранной в данный момент. Редактор схем ^Wave Wizard поддерживает масштабирование, перетаскивание, вырезание, вставку, отмену и содержит много полезных макросов. Все эти опции редактирования легко находятся под лентами [3].

Sonnet Suites обеспечивает промышленный стандарт для трехмерного планарного электромагнитного моделирования. Точность анализа и скорость в сочетании с мощными функциями данного ПО позволяют доверять результатам моделирования. Это позволяет сократить затраты на разработку.

При заданном уровне точности анализа, Sonnet Suites обеспечивает преимущество скорости на 1-2 порядка по сравнению с другими программными пакетами планарного электромагнитного моделирования.

Sonnet Suites разработан инженерами в области СВЧ, понимающие уникальные проблемы дизайна, добавили новые функции, которые оптимизируют процесс разработки СВЧ. Функции, ориентированные на пользователя, предназначены для упрощения инженерных СВЧ задач, упрощают также и работу пользователя. Большинство пользователей осваивают Sonnet

менее чем за час, что делает этот САПР легким в обучении.

Sonnet Suites предназначена для решения самых сложных задач в сжатые сроки и с ограниченными ресурсами. Функции Sonnet Suites обеспечивают универсальность и гибкость, необходимую для выполнения работы [4].

AWR Microwave Office - это удобное программное обеспечение со всеми возможностями, необходимыми для точного моделирования СВЧ-компонентов. Microwave Office включает линейное моделирование, моделирование гармонического сигнала во временной области и электромагнитное моделирование. Она включает в себя анализ линейных и нелинейных шумов и может моделировать нелинейное поведение, присутствующее в СВЧ устройствах.

AWR Microwave Office не может моделировать в трехмерном пространстве, но является мощным инструментом для СВЧ-схем. Эффективная возможность моделирования, известная как INET (интеллектуальная сеть) позволяет легко разрабатывать многослойные печатные платы, которые можно сделать быстро и точно. Microwave Office обладает обширной библиотекой элементов, что является важным требованием точного моделирования [5].

Недавно компания Applied Wave Research, которая вывела на рынок продукт AWR Microwave Office вошла в корпорацию National Instruments, что позволило провести тесную интеграцию с известным САПР LabView

Программное обеспечение HFSS компании ANSYS является отраслевым стандартом для 3D электромагнитного моделирования. Стандарт точности, передовые вычислительные технологии делают его незаменимым инструментом для инженеров, которым необходимо выполнить точное и быстрое проектирование высокочастотных и электронных устройств. HFSS решает поставленную пользователем задачу в области СВЧ, используя методы конечных элементов, интегральных уравнений, асимптотические и передовые смешанные методы. К тому же, HFSS используют, чтобы рассчитать электромагнитные связи между соединительными элементами, линий электропередач, переходных отверстий печатных плат [6].

Наиболее универсальными с точки зрения решения трехмерных задач в области СВЧ являются системы High Frequency System Simulator (HFSS) и Microwave Studio.

Литература

1. Сайт компании EMSS, разработчика комплекса программ FEKO [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.emss.de

2. Сайт программы FEKO [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.feko.info

140 Интерактивная наука | 11 • 2017

Engineering sciences

3. Сайт компании-разработчика программы ^Wave Wizard [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.mician.com

4. Сайт компании-разработчика программы Sonnet Suites [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.sonnetsoftware.com

5. Сайт компании-разработчика программы AWR Microwave Office [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.web.awrcorp.com/Usa/Products/Microwave-Office

6. Сайт компании Ansoft - разработчика программы HFSS Ansoft [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.ansoft.com