随着无线通信技术的快速发展,现代无线通信电子产品对电性能、集成度、可靠性的要求越来越高,而对设计周期的要求却越来越短。这对电子工程师而言,不仅需要扎实的理论功底,良好的工程实践能力,还应该具备良好的前期对电路的仿真模拟能力。对无线通信电子产品的电路而言,射频电路的工作波长与电子电路物理尺寸相近,由于其后期的电性能调试难度较大,因此其前期的模拟仿真尤为重要。
HyperLynx 作为高速信号仿真的利器,市面上已有大量教程对其在高速电路、电源完整性、信号完整性等电路分析中的使用有较为完善的讲解,但其在射频电路设计与仿真中的使用教程还亟待完善。目前,市面上分析、设计射频电路的软件大多为单独的电磁分析软件,如Ansys HFSS、ADS、CST等,对射频信号进行预先分析仿真,进而对射频电路的工作状态、电磁兼容等特性进行预处理。面对系统级电路设计与仿真,开发者选择一款合适的射频电路仿真软件不仅可以提高仿真可靠性,还可以提高设计效率、缩短开发周期。HyperLynx 3D EM (即IE3D)作为HyperLynx旗下的一款射频电路仿真软件,是基于矩量法求解积分形式的麦克斯韦方程组的全波电磁仿真软件,矩量法精度很高,能解决广泛的电磁问题,同时针对特定问题,IE3D又开发了Fast EM、AIMS等快速算法功能,进一步提高了计算速度,减少了计算时间。经过多年的发展,虽然目前市面上的射频电路仿真软件众多,但IE3D在平面射频电路设计中表现出色,由于其仿真速度快、仿真结果准确,因此在众多射频电路仿真软件中占有重要的一席之地,为工程师在设计与仿真平面射频电路方面提供了一个重要的选择。
本书主要介绍基于IE3D 15电磁仿真软件对射频电路进行设计与仿真,主要涉及IE3D 15的仿真环境、设计流程及典型的射频电路的设计与仿真;通过对滤波器、微带PCB天线、阵列天线、功分器、定向耦合器等射频电路的全流程设计与仿真,读者能快速上手IE3D,并能独立利用IE3D设计射频电路产品。
本书由罗显虎担任主编,周立国、夏鑫淋、成彬彬担任副主编,粟立勇、周维康、韩榆、褚慧敏、陈昌东、薛乔雨、王远志参编。书中案例涉及面较广,参考资料较少,在此十分感谢大家的辛苦付出。本书也得到了《ADS2011射频电路设计与仿真实例》《HFSS射频仿真设计实例大全》的主编徐兴福老师的指导,在此深表谢意。本书在编写过程中参考并引用了Mentor Graphics公司的相关技术资料,在此也深表谢意。
由于编者水平有限,书中难免存在疏漏和不足之处,恳请读者批评指正。
编者
在现代 EDA 设计中,高频段的集成电路(Integrated Circuit,IC)、单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)、印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)等设计需要高精确的全波电磁电路模型来实现其最终在物理层面的应用,IE3D正是一款满足了这种设计需要的电磁仿真软件。
IE3D即HyperLynx 3D EM,最早是由Zeland公司在1993年开发的,之后,Zeland公司多次发布IE3D版本,直到Zeland公司于2010年被全球三大EDA领导厂商之一的Mentor Graphics公司收购,同时,IE3D被整合进Mentor Graphics公司的全波仿真工具软件HyperLynx Full-Wave Solver中,IE3D现在已经发展到了Version 15.0。
IE3D的精确性、运算速度、泛用性、灵活性都久经用户使用考验,IE3D是一款可以帮助设计人员将想法投入产品设计的优秀的电磁仿真软件。
● 集成电路设计:信号完整性分析、电源完整性分析、电路封装。
● 射频电路:无源器件仿真、有源器件仿真、低温共烧陶瓷电路、高温超导电路。
● 各类天线的几何图形:贴片天线、槽孔天线、倒F天线、介质谐振器、RFID标签天线、光频天线。
● 提供快速的结构优化和一个为了解决电磁问题而提供实时几何调节与电磁模型仿真的数据库。
● 自动均匀网格生成。
● 在真正意义上对形状和方向没有要求的3D金属结构建模;可以轻易地实现锥形通孔、锥形螺旋天线、引线键合及任何平面微波结构或射频电路结构设计。
● 直观的图形用户界面提供了大量的多边形和基于顶点的编辑工具,加快了电磁结构的定义和参数化。
● 丰富的常见复杂结构库使设计人员能够在短时间内构建复杂的3D和多层电磁结构。
● 全3D几何编辑器。
● 全波3D EM仿真引擎(带分布式计算功能)。
● 自适应宽带曲线拟合确保了快速准确的仿真结果。
● 从各种数据显示方式中任选一种,用于在数据列表、矩形框图和史密斯图中绘制S、Y和Z参数。