介绍较流行的几种微波EDA软件的功能

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ElectronicDesignAutomation,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,AnsoftSerenade,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

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--FiniteElementMethod）、矩量法(MoM--MethodofMoments），差分法(FDM--FiniteDifferenceMethods），边界元法(BEM--），和传输线法(TLM---Line-matrixMethod），在时域，数值算法有：时域有限差分法(FDTD_FiniteDifferenceTimeDomain），和有限积分法(FIT_FiniteIntegrationTechnology）

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：①MicrowaveCircuitModelingUsingFieldSimulation,②NumericalTechniquesin,③SimunationUsingtheFDTDMethod，④ComplexproblemsandnumericalSimulationApproaches

其中，使用矩量法(MoM）的微波EDA软件有ADS，AnsoftDesigner，MicrowaveOffice,ZelandIE3D，AnsoftEsemble，SuperNEC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）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CSTMicrowaveStudio和CSTMafia

下面来介绍较流行几种的微波EDA软件的功能和应用

ADS_AdvancedDesignSystem，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

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ADS2005A

AnsoftDesigner，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AnsoftDesigner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

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，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

这些吸收边界条件只是算法不同而已。

首先算法本身就很复杂，如果你是个研究生，找本书大致能看懂。但是，就算你看懂了你也不会自己把它编写成程序，就算你会编写你也只能编写一维的特例，就算你编出了三维的你编的程序也不够优化。。。所以你就不要纠结这些技术细节了。如果真的想干这些活，需要一个研究组好几个博士生来配合着做，就这样也好做好几期才能有点眉目。

你应该做的就是积累经验，试着改变这些边界条件，看看模拟结果会不会优化。如果非要去纠缠那些技术细节，可能会得不偿失，总之把它当个工具使用就行了。

ZEMAX

ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential）。

ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：BMP,JPG．．．等，也可存成文字文件txt；优化：表栏式meritfunction参数输入，对话窗式预设meritfunction参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。

CODEV

CODEV：是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，CodeV进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。

OSLO

oslo是一套标准建构系统及最佳化的光学软件。最主要地，他是用来决定光学系统中最佳组件的大小和外型，如照相机、客户产品、通讯系统、军事/外层空间应用以及科学仪器等。除此之外、他也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。

LENSVIEW

LensVIEW为搜集在美国以及日本专利局申请有案的光学设计的数据库，囊括超过18,000个多样化的光学设计实例，并且每一实例都显示它的空间位置。它搜集从1800年起至目前的光学设计数据，这个广博的LensVIEW数据库不仅囊括光学描述数据，而且拥有设计者完整的信息，摘要，专利权状样本，参考文件，美国和国际分类数据，和许多其它的功能。LensVIEW并能产生各式各样像差图，做透镜的快速诊断，和绘出这个设计的剖面图。

ASAP

ASAP是功能强大的光学分析软件，是专为仿真成像或光照明的应用而设计，让您的光学工程工作更加正确且迅速。ASAP让您在制作原型系统或大量生产前可以预先做光学系统的仿真以便加快产品上市的时间。

传统描光程序的速度是非常烦琐_时的。ASAP对于整个非序列性描光工具都经过速度的优化处理，让您可以在短时间内就可做数百万条几何描光的计算。光线可不计顺序及次数的经过表面，还可向前，向后追踪。此外ASAP具有强大的指令集可以让您进行特性光线以及物体的分析，包括：选择你所要分析的物体上的光线；选择并独立出特定的光线群；列出光线的来源（折射/反射/散射）与以及其路径的变化；追踪光线的来源以及强度，分析出您意想不到的杂散光路！

TRACEPRO

TracePro是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真软件。它是第一套以ACISSolidModelingKernel为基本的光学软件。也是第一套结合真实固体模型、强大光学分析功能、数据转换能力强及易上手的使用接口的仿真软件。TracePro多变化的应用领域包括：照明（）；导光管（LightPipes）；薄膜光学（TissueOptics）；光机设计（Design）；杂散光和激光泵浦。

TFCALC

一个著名的光学薄膜设计软件，有超过35个国家的工程师和科学家用它进行膜系设计。许多光学元件需要多层膜系设计，如棱镜、显示器、眼镜片等。为了控制从X射线到远红外线的波长范围内的光的反射和透射，光学薄膜取决于它需要如何控制光的干涉和吸收，TFCalc让您轻松的设计出您的光学系统中光学元件所需的薄膜层。

OPTISYS_DESIGN

OptiSys_Design是一种开创性的光通信系统仿真软件包，用于在大部分光网络物理层上绝大多数的光连接形式（包括从模拟视频广播系统到洲际骨干网）的设计、测试和优化。作为系统级的基于实际的光纤－光通信系统仿真器，它实现了强大的仿真环境和对与系统以及器件的之间层次等级的真实界定。作为客户还可以方便的把自己定义的器件无缝的加入到通用器件之中以扩展其功能。客户可以用图形用户界面来控制光器件的摆放和连接，器件的模型和示图。器件库中广泛的包含有源和无源的器件，包括它们实际上随波长而变的参数表。参数环表同样可以使客户查到特定器件的规格对于整个系统性能的影响。

OPTIAMP_DESIGN

使用于EDFA工程师面临的从光器件搭配优化到系统互联和功率损耗的估计的各个应用方面。通过最小输出功率、最大噪声指数、最大增益抖动、最小泵浦功率这些依赖于器件的规格（泵浦波长范围、无源器件损耗和器件价格）的计算，可以很大程度上协助权衡EDFA的价格和性能。软件所支持的功能包括用于单信道或WDM网络的单一或多重放大器；反射的，分离信道区间，双向和增益带门限的放大器，环状线性光纤放大器，还有宽带光源。软件利用代数学优化可以自动得到参铒光纤的长度，增益平坦光纤的频谱或WDM信道的预增益，同时还仿真了电路反馈，从而维持全部信道所需的泵浦功率以及保证各个信道的功率可以控制。

BPM_CAD

BPM_CAD是一种强大的，界面友好，应用于各种集成器件和光纤导波计算的计算机辅助设计软件包。

IFO_GRATINGS

IFO_Gratings是用于带有光栅的集成或光纤器件建模的强大而界面友好的设计软件。许多远程通信和传感器的运转都是利用光栅来调节光导模式之间的耦合。客户只须简单的选择其中一项即可设定器件参数。

FIBER_CAD

Fiber_CAD是为设计或使用光纤、光器件和光通信系统的工程师、科学家和学生们推出的，此软件包通用、强大，通过融合光纤色散、损耗和偏振模色散（PMD）各个模型计算所得的数值解来解决光纤模式传输问题。

HS_DESIGN

一个动态的计算机辅助工程程序，通过基于物理层对异质结结构电学光学的特性仿真来协助半导体光器件的设计。HS_Design利用对各个半导体层的精微仿真来分析生长时晶体外延结构的光学特性，包括缓冲、分隔、蚀刻、接触、覆膜和金属化层。客户只需定义材料系统（例如，砷化镓铝／砷化镓或砷化镓磷铝／磷化铝）和半导体层的技术参数（成分、宽度和聚集掺杂浓度），则不仅能计算分层的自由载流子参数（净浓度和有效温度）所表示的电子能带结构和复介电常数，光受复合多层结构的作用也可以表示。如果该结构表示的是纵向层叠结构，那么传输，反射和吸收频谱也可以得到。如果被仿真的结构是一个平坦的波导，那么横断模特性也能计算。

FDTD_CAD

FDTD_CAD是用于高级有源和无源光器件的计算机辅助设计的强大而界面友好的软件。FDTD_CAD的理论基础是时域有限元（FDTD）的方法，这种方法可以直接在时域中计算Maxwell方程。与其他必须假定传播场类型或特定的传播方向的方法不同，FDTD方法不对光的传播行为简单的作任何事先假定。结果是，FDTD的计算能够提供任意时间点上整个计算窗内全部或离散的时域信息。如果还需要频域的信息，用离散傅里叶变换（DFT）就可以得到相应的数据。FDTD_CAD软件使用的FDTD方法的强大功能在于它把动态特性整合于一体，可高效率地用于以下模型：光传输，散射，折射，反射，极化效应，材料各向异性，色散和非线性，媒介损耗和增益。

WDM_PHASAR

WDM_Phasar软件包提供了基于AWG的光复用分用和路由器件针对性的强大的设计和建模工具。优越的图形用户界面（GUI）大大减低了设计时间，作为核心的能用鼠标控制的布局设计器包含有一整套导波阵列模板以便最大限度的辅助设计。

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