中文手冊基本技術

1、第三章 基本技術在IE3D中，一個電路用一組多邊形表示，而一個多邊形用一組頂點表示。本章通過一個斜面轉角的建立和分析過程，一步步的說明基本的編輯技巧。運行MGRID前，建議先對要建立的電路做簡單了解。首先應在電路中建立x和y坐標系，并標出每個頂點的x和y坐標，如果必要還要計算頂點間的距離?？紤]一個復雜的電路時，盡量將電路分解成很多部分，盡量找出一個最小長度，這樣其它長度都是這個最小長度的倍數(shù)，這個最小長度可以用作鼠標輸入時的網(wǎng)格尺寸。上面的準備工作對電路的建立過程是有利的。第一節(jié) 長度單位、層參數(shù)和網(wǎng)格參數(shù)這里要建立一個頂視圖如圖3.1所示的斜面轉角結構。作為默認值，在襯底下面將有一個無窮大接

2、地板，帶有數(shù)字的小矩形是電路端口。如圖3.2所示，可把這個電路分解成很多部分，并連接它們構成電路。多邊形的互連將在下一章討論，所以下面仍把這個斜面轉角看作一個單個多邊形來建立。建立x和y坐標如圖3.1所示，最小長度是0.025mm，這樣可將電路很好的填充到一個單元格為0.025mm的均勻網(wǎng)格中。而IE3D是一個基于非均勻網(wǎng)格的仿真器，這里引入均勻網(wǎng)格只是為了更加方便的用鼠標輸入，在仿真該結構的網(wǎng)格化過程中將使用非均勻網(wǎng)格。圖3.1一個斜面微帶轉角及參數(shù)第1步在ZELAND FOLDER中雙擊MGRID圖標運行MGRID，也可從Zeland Program Manager中運行相應圖標 (ZPM

3、或ZELAND.EXE)。第2步從File菜單中選擇New。說明：在輸入一個電路的多邊形前，首先需要輸入基本參數(shù)，基本參數(shù)包括長度單位、層參數(shù)、襯底參數(shù)、金屬帶參數(shù)和離散化參數(shù)。在File菜單中選擇New時，MGRID將自動提示設置基本參數(shù)(如圖3.3)。說明：基本參數(shù)包括6組參數(shù)：(1) 注釋：對整個結構的注釋；(2)長度：長度單位及結構最小長度； (3) 線路圖和網(wǎng)格：線路圖編輯的網(wǎng)格系統(tǒng)參數(shù)； (4)網(wǎng)格化參數(shù)； (5) 襯底層； (6) 金屬帶類型。圖 3.2 斜面轉角分割成三個多邊形圖 3.3 基本參數(shù)對話框圖 3.4圖 3.3 列表框中功能鍵的含義對于這里的結構，使用“mm”作長度

4、單位，并接受默認的最小長度?，F(xiàn)在還沒有定義線路圖和網(wǎng)格，將在下一步定義線路圖和網(wǎng)格參數(shù)。定義前需了解圖 3.3中一些列表框上功能鍵的含義，這些鍵的含義如圖3.4所示。第3步在圖 3.3的Layouts and Grids列表框中選擇Insert。反應：跳出編輯線路圖和網(wǎng)格對話框 (如圖 3.5)。說明：線路圖參數(shù) “X-From”， “Y-From”， “X-To” 和“Y-To”不表示電路的小。在默認模式下，IE3D的電路尺寸在x和y方向延伸到無窮遠，線路圖參數(shù)只定義編輯參考用的范圍。默認網(wǎng)格尺寸Grid Size=0.025mm，這將定義一個單元格為0.025mm的均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。用戶必須理

5、解這一網(wǎng)格系統(tǒng)只是用作幾何結構的，并不能用來網(wǎng)格化及數(shù)值仿真。圖 3.5 編輯線路圖和網(wǎng)格對話框第4步選擇OK接受Layout and Grid的默認設置。反應：這個線路圖和網(wǎng)格（Layout and Grid）將被添加到線路圖和網(wǎng)格列表框中。如有必要，可在線路圖和網(wǎng)格列表框中選擇Insert添加更多的線路圖和網(wǎng)格。在線路圖編輯過程中可在一組線路圖和網(wǎng)格中進行切換。第5步設置網(wǎng)格化頻率“Meshing Frequency (Fmax)”從1到40 GHz，因為將把這個結構仿真到40 GHz。保留“Cells per Wavelength (Ncell)”為20。不選中自動邊緣單元“Automa

6、tic Edge Cells”欄，它是用來提高準確度的，暫時不使用以實現(xiàn)更快的仿真。選中網(wǎng)格最優(yōu)化“Meshing Optimization”欄，網(wǎng)格將實現(xiàn)最優(yōu)化。說明：離散化頻率越高，波長越短，電路也將更好的被離散化。高離散率意味著高準確度，但其代價是仿真時間將大幅增加。很多人擔心結構的網(wǎng)格化過程，因為一些電磁仿真器的仿真結果是與網(wǎng)格化過程密不可分的。IE3D是一個時域法仿真器，當使用15-20個單元/波長并且在強耦合邊緣使用小單元格時，仿真結果通常很穩(wěn)定，第12章將把準確度作為一個專題進行討論。IE3D采用一個自動邊緣單元方案“Automatic Edge Cells (AEC)”，AEC

7、可顯著提高仿真準確度，它能為初學者提供完美結果。同樣，啟用AEC時仿真時間將更長。網(wǎng)格最優(yōu)化用來消除網(wǎng)格化過程中建立的非常規(guī)單元，非常規(guī)單元是指長度很大但面積很小的單元，它們總是為數(shù)值分析帶來麻煩，通常應激活“Meshing Optimization”，除非不想讓網(wǎng)格化過程改變手動建立的網(wǎng)格。一些用戶可能困惑為什么不采用自適應網(wǎng)格化，經(jīng)驗表明，自適應網(wǎng)格化是不必要的，甚至會破壞一個MOM仿真。IE3D采用一個非常穩(wěn)定的MOM算法，對于頻響變化緩慢的結構，常規(guī)的非均勻網(wǎng)格化就足夠好了；對于頻響變化很快或者耦合強烈的結構，常規(guī)的非均勻網(wǎng)格化附加AEC將保證準確度；對于窄帶結構，仿真的諧振頻率可能會

8、有0.1%偏差，并且很難消除這0.1%的誤差。然而，如果采用自適應網(wǎng)格化，將會得到一個不斷反復永不停止的過程，因為0.1%的諧振頻率誤差可能在一些頻率點上使S參數(shù)產(chǎn)生超過10dB的差別。無論怎樣，自適應網(wǎng)格化能做到的，常規(guī)非均勻網(wǎng)格化和AEC都能做的更好，而IE3D中AEC不能做到的，自適應網(wǎng)格化也同樣不能做到。如前所述，20單元/波長通常就具有足夠的準確度，但這一經(jīng)驗法則是針對常規(guī)微波結構的，不適用于低頻結構或特殊結構。對于數(shù)字電路，結構和波長相比太小，所以需要提高“Fmax”以確保結構在網(wǎng)格化時不至于只分成為數(shù)不多的幾個單元；對于MIM電容器，甚至要將強耦合板也網(wǎng)格化成理想單元以獲得準確結

9、果。其要領是，在電流變化較快的地方需要增加更多單元。對于比波長小很多的結構，為獲得高準確度的結構，需要做更好的網(wǎng)格化。第二節(jié)襯底參數(shù)定義襯底參數(shù)包括介質(zhì)襯底層數(shù)量、介質(zhì)頂面z坐標、介質(zhì)介電常數(shù)、導磁率和電導率，復介電常數(shù)、導磁率和電導率在仿真中得到。No.0介質(zhì)層被默認為接地板，這個無窮大接地板定義為一個具有很高電導率的襯底。No.0襯底層上表面z坐標總等于0且不能改變，其它參數(shù)可據(jù)實際情況改變。例如，可定義No.0層電導率為0從而移走默認接地板?？呻S意定義多少個介質(zhì)層，并且至少在上半空間定義一個介質(zhì)層，這就意味著一個結構中至少要有2個介質(zhì)層（包括No.0層，也就是接地板）。當上半空間用一種單

10、一介質(zhì)填充時，可定義一個頂面z坐標非常大的介質(zhì)層，例如 1.0e+10 mm 。定義介質(zhì)層的實例可在附錄T中找到。MGRID默認建立兩層介質(zhì)：No.0是電導率conductivity=4.9e+7s/m的金質(zhì)良導體， No.1層是空氣，其上表面z坐標Ztop=1.0e+15 mm，也就是說整個上半空間填充滿空氣。要仿真的電路有三個介質(zhì)層(包括接地板)：No.0層為接地板，No.2層是上半空間的空氣，也可忽略不計，No.1介質(zhì)板參數(shù)如下：Top Surface Z-Coordinate， Ztop=0.1mm頂面z坐標Real Part of Permittivity， Re(EPSr)=12.

11、9介電常數(shù)的實部Loss Tangent of EPSr=0.0005EPSr損耗正切Real Part of Permeability， Re(MUr)=1.0導磁率的實部Loss Tangent of MUr=0.0MUr損耗正切Real Part of Conductivity=0.0s/m電導率的實部Imaginary Part of Conductivity=0.0s/m電導率的虛部IE3D中有兩種定義襯底損耗的方法： (1)定義介電常數(shù)的虛部 (或損耗正切) ；(2) 定義電導率。從理論上說，它們是可以互相轉換的，定義如下： erc=er- j s / ( we0 )=er ( 1

12、 - jtand)(3-1)其中er是實電導率，s是電導率，w是角頻率，e0是自由空間復介電常數(shù) (8.86 ´ 10-12 F/m)， tand是損耗正切。換句話說，有tand = -Im(erc) / Re(erc) = - j s / ( we0 er )(3-2)損耗正切總是非負數(shù)，介電常數(shù)的虛部總是正數(shù)。在實際應用中，總是把tand或s看作是與隨頻率無關的量。然而從(3-2)可以看出：當tand與頻率無關時，s將與頻率有關，反之亦然。為解決這一矛盾，定義 tand和s如下：erc =er ( 1 - j tand)- j s / ( we0 )(3-3)用戶必須理解這并不是

13、tand和s的真實定義，這樣作只是為了方便用戶。如果用戶想通過不依賴于頻率的tand來定義材料，應在IE3D對話框中定義s=0；如果想通過不依賴于頻率的s來定義材料，應在IE3D對話框中定義tand。如果為tand和s都定義非0值，那么這兩個值都不是參數(shù)實際值。要定義依賴于頻率的tand或s，最好辦法是為兩變量都定義非0值。在不久將發(fā)布的版本中，甚至將允許用戶更加靈活的定義依賴于頻率的tand和s。這里還顯示了“Conductor Assumption Limit(CAL)”，此參數(shù)在Param菜單中Optional Parameter中定義（附錄A）。在IE3D內(nèi)部，高電導率的介質(zhì)被看作是不

14、同于常規(guī)介質(zhì)的，“CAL”用來判斷哪一種介質(zhì)將在IE3D中被看作高電導率介質(zhì)。每一種介質(zhì)通過一個“Cfactor”表示，如果一種介質(zhì)的“Cfactor”超過了“CAL”，那么這種介質(zhì)被看作高電導率介質(zhì)。第6步選擇Substrate Layers列表框上Insert(如圖3.3和圖3.4)，MGRID將提示建立一個新襯底層 (如圖 3.6)。圖 3.6 輸入No.1襯底參數(shù)后的編輯襯底（Edit Substrate）對話框第7步確定選擇的是“Normal”型，在對話框中輸入No.1襯底參數(shù)(如圖 3.6)并選擇OK。反應：No.1襯底層被建立并顯示在列表框。說明：可為襯底選擇“HTS II”型，

15、后面討論金屬帶的參數(shù)時解釋“HTS II”。第三節(jié) 金屬帶參數(shù)定義下面定義結構中所用金屬帶的類型。對一般導體，印刷帶參數(shù)包括帶的厚度、介電常數(shù)、導磁率和電導率，至少要定義一個金屬帶。在幾何圖形編輯中輸入一個多邊形時，這個多邊形總被默認為是第一種類型的印刷金屬帶，為調(diào)整一個多邊形的印刷帶類型，可選取要改變印刷帶類型的多邊形，在Edit 菜單中選擇Object Properties項。也可為金屬帶類型定義“HTS I”、“HTS II”以及“薄膜電阻器thin film resistor”，“HTSI”和“HTS II”不表示不同類型的HTS材料，而是對HTS模式使用兩個不同方程。要定義一個印刷帶

16、類型，選擇列表框上的Insert，線路圖編輯器將提示選擇一個類型并定義其參數(shù)。如果想定義所有輸入的多邊形并選取第二種印刷帶，可刪除默認的第一種印刷帶類型，那么第二種印刷帶類型將自動變?yōu)榈谝环N印刷帶類型。這個電路有一種印刷帶類型，No.1型印刷帶參數(shù)如下，它和默認的No.1金屬帶相同：Strip thickness=0.002mm微帶厚度Real part of permittivity=1.0介電常數(shù)的實部Imaginary part of permittivity=0.0介電常數(shù)的虛部Real part of permeability=1.0導磁率的實部Imaginary part of p

17、ermeability=0.0導磁率的虛部Real part of conductivity=4.9e+7s/m電導率的實部Imaginary part of conductivity=0.0s/m電導率的虛部第8步在Metallic Strip Types列表框中雙擊No.1印刷帶選中。反應：跳出編輯金屬類型（Edit Metallic Type）對話框并要求編輯參數(shù) (如圖 3.7)。圖 3.7 輸入No.1金屬類型參數(shù)后的編輯金屬類型（Edit Metallic Type）對話框第9步不必改變參數(shù)因為這正是所需要的，選擇OK，MGRID將在對話框中顯示所有基本參數(shù)，因得到如圖 3.8所示

18、參數(shù)。第10步選擇OK，MGRID將準備建立電路的多邊形。圖 3.8 定義了所有參數(shù)的基本參數(shù)對話框現(xiàn)在MGRID中的線路圖和網(wǎng)格已經(jīng)完全表示出來了，藍色矩形就是線路圖，紅色小點是網(wǎng)格，紅線是x和y坐標軸，其交點是原點(初始x和y可能不是0)。用戶應理解屏幕上藍色矩形框并不表示電路邊緣。對邊界開路結構，IE3D假定襯底和接地板（如果已定義）的邊緣延伸到無窮遠；對邊界閉合結構，IE3D允許用戶定義邊界包圍的范圍。線路圖上的藍色矩形框只是為了告訴用戶其電路所處位置，在電路和結構尺寸上沒有任何意義。Param菜單中還有一些其它參數(shù)，不必在每次構造一個新結構時都更改Optional Parameter

19、s的設置，將在以后對IE3D更加熟悉后說明Optional Parameters。第四節(jié) 2D多邊形輸入一個多邊形通過一組頂點輸入，MGRID中有很多輸入頂點的方法，最簡單的方法就是用鼠標畫出這些點，電路中存在一個很好的最小長度時鼠標輸入簡單且準確。好的最小長度意味著可以這個最小長度為網(wǎng)格尺寸，將電路很好的填入到一個均勻網(wǎng)格。和一些其它仿真器不同，IE3D中線路圖網(wǎng)格和仿真沒有任何關系。小的線路圖網(wǎng)格并不會減慢IE3D仿真，因為不必把一個結構填充到這個均勻網(wǎng)格。下面將用鼠標建立這個結構：第11步在Edit 菜單中選擇 2D Input ，為“Z-coordinate”輸入0.1， 選擇 OK繼

20、續(xù)。反應：在層窗口中將看到黑帶移到“No.2，0.1000(mm)”層，這意味著輸入將是針對這一層的。說明：選擇Edit 菜單中的2D Input是改變輸入層z坐標的一般方法。實際上可點擊層窗口中所示的一個顏色較淡的特定層，于是輸入層z坐標就轉到了這一層?，F(xiàn)在，可以逐點輸入這個多邊形。從圖3.1可知第一個頂點位于x=0.0 mm和y=0.1mm，它在原點上方4格并位于垂直軸上。第12步將鼠標從原點上移4格，將在右上方狀態(tài)窗中看到x=0，y=0.1，點擊鼠標左鍵。說明：不必將鼠標恰好放到x=0.0 mm和y=0.1mm的網(wǎng)格點，只要鼠標距離網(wǎng)格點足夠近，MGRID將自動把頂點放在網(wǎng)格點。移動鼠標

21、可計算光標到一個參考點（例如原點）的網(wǎng)格數(shù)，不斷查看狀態(tài)窗中的相對位置。如果一個頂點被放到了一個不希望的網(wǎng)格點，可通過單擊鼠標右鍵或在Input菜單中選擇Drop Last Vertice將其取消。要取消多個頂點，可不停點鼠標右鍵，也可在Input 菜單中選擇 Drop All Vertices。反應：圖3.1的頂點被建立在x=0.0mm和y=1.0mm，且在窗口中顯示為一個小點，在這個頂點與鼠標光標之間有一條線也顯示在窗口中。第13步將鼠標由原點右移4格，狀態(tài)窗中顯示x=0.1，y=0。點擊鼠標左鍵輸入頂點2。反應：圖3.2的第2個頂點被建立在x=0.1mm，y=0.0mm，且在頂點1和頂點

22、2之間建立了一個邊。第14步將鼠標從上一頂點右移26格，狀態(tài)窗顯示x =0.75，y=0，點擊鼠標左鍵。反應：圖 3.2的頂點3被建立在x=0.75mm，y=0.0mm，且在頂點2和頂點3間建立了一條邊。第15步將鼠標從上一頂點上移3格，狀態(tài)窗顯示x=0.75，y=0.075，點擊鼠標左鍵。反應：圖3.2的頂點4被建立在x=0.75mm，y=0.075mm，且在頂點3和頂點4間建立了一條邊。第16步將鼠標從上一頂點左移27格，狀態(tài)窗顯示x=0.075，y=0.075，點擊鼠標左鍵。反應：圖3.2的頂點5被建立在x=0.075mm，y=0.075mm，并在頂點4和頂點5間建立了一條邊。第17步將

23、鼠標從上個頂點上移27格，狀態(tài)窗顯示x=0.075，y=0.75，點擊鼠標左鍵。反應：圖3.2的頂點6被建立在x=0.075mm，y=0.75mm，并在頂點5和頂點6間建立了一條邊。第18步將鼠標從上個頂點左移3格，狀態(tài)窗顯示x=0，y=0.75，點擊鼠標左鍵。反應：圖3.2的頂點7被建立在x=0.0mm，y=0.75mm，并在頂點6和頂點7之間建立一條邊。說明：頂點1到7已經(jīng)依次連接，但是它們還沒有形成一個多邊形。要構成一個多邊形，還要連接頂點1到7。第19步在Input 菜單中選擇 Form Polygon。說明：有很多構成多邊形的方法，一種就是在Input菜單中選擇Form Polygo

24、n項。也可在頂點1處輸入一個頂點，無論這兩個頂點距離多近，MGRID將提示確定。如果MGRID不提示確定，那么很可能這個連接是無效的。第三個構成多邊形的方法是雙擊鼠標左鍵。反應：一個多邊形被建立并用顏色標志，這個多邊形的顏色和層窗口中用z=0.1標記的色帶相同，說明此多邊形位于z=0.1mm的層。最后結果如圖3.9。圖 3.9 輸入的斜面轉角多邊形第五節(jié) 定義端口和顯示網(wǎng)格第19步已完成了斜面轉角的創(chuàng)建 ，現(xiàn)在要定義端口。如果一個結構上沒有任何端口，那么仿真引擎將無法運行。端口在多邊形的邊上定義，有很多定義端口的方法。Ports菜單中的Define Port命令允許用戶選擇一個邊并在上面用鼠標

25、單擊；Ports菜單中的Port for Edge Group命令使用戶可以選中一組邊。實際上，盡管Define Port在一些問題中更方便，Port for Edge Group用的更普遍，下面將在本例中使用Define Port。還有其它定義端口的方法，將在手冊的后面討論。第20步在Port 菜單中選擇Define Port項。反應：跳出定義斷口類型的嵌入形式列表。說明：IE3D中每個端口都和一個嵌入形式相聯(lián)系，不同端口可能需要不同的嵌入形式，每一種嵌入形式只能解決某些類型的問題。為使IE3D更靈活，一共使用六種嵌入形式：(a) 微波集成電路擴展Extension for MMIC； (b

26、) 局部微波集成電路Localized for MMIC；(c)波擴展Extension for Waves; (d) 垂直局部Vertical Localized；(e)50波50 Ohms for Waves；(f) 水平局部Horizontal Localized。擴展嵌入形式包括 (a)、(c)和(e)，這些是最準確的，它們利用嵌入臂消除激勵區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的高階模。然而，它們需要附加擴展空間。局部列表包括 (b)、(d)和(f)，適用于沒有端口擴展空間的高集成結構。Extension for MMIC是最靈活的擴展形式，它幾乎可以用于任何情況，其準確度在高散射系統(tǒng)中可能會下降，將在第12章討

27、論。對100微米厚的GaAs電路，Extension for MMIC可用于低于50GHz的微帶結構。對于相同襯底的差動激勵(耦合微帶線或CPW)，無論襯底厚度怎樣，Extension for MMIC仍很準確，因為即使在很厚的襯底時差動激勵結構也具有少的多的散射。Extension for MMIC可用于差動激勵、耦合端口和沒有無窮大接地板的結構。Extension for Waves在微帶和帶狀線結構中最準確，但它和TouchstoneÒ格式的EEs不兼容。其它五種形式和TouchstoneÒ格式的EEs兼容。50 Ohms for Waves對MMIC電路和濾波器設計

28、是最好的，但它只適用于具有無窮大接地板的分離端口，不能用于差動激勵和耦合端口，這就是為什么把Extension for MMIC作為默認值的原因。Vertical Localized和Horizontal Localized是特別靈活的局部形式，默認為差動端口。Vertical Localized可完全代替Localized for MMIC，但不易設置，為簡便仍保留Localized for MMIC，更多討論見第12章。第21步選擇 Extension for MMIC，選擇OK接受嵌入列表分支中默認的“3 cells”。反應：MGRID被設定為定義端口模式，默認端口擴展（或嵌入臂）長度為

29、3個單元，也可在Param菜單中的Optional Parameters對話框改為其它值。為提高準確度，可增加擴展單元數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，3個單元通常就可產(chǎn)生很好且穩(wěn)定的結果，但也有例外。如端口的擴展長度（用灰色表示）不比微帶到地面的距離明顯的大很多，就要考慮定義更多的擴展單元。對于更高準確度的仿真，用戶可提高網(wǎng)格化頻率和每個波長的單元數(shù)，這將提高單元密度，仿真準確度通常會更高，但這也并不是一直都成立的。端口擴展是通過單元的數(shù)目來確定的，隨單元的變小它也將變短。為得到更高的準確度，還要增加擴展單元的數(shù)量第22步將鼠標移到圖3.9中由頂點6和頂點7構成的邊，單擊鼠標左鍵。反應：端口1被定義了，由頂點6

30、和頂點7構成的邊被加厚，邊緣出現(xiàn)一個帶有數(shù)字“1”的小矩形框。說明：端口定義是對層敏感的，如果2D輸入的層不對，MGRID將不能找到邊緣。如果看到“No edge is selected for the port”，很可能2D輸入是在一個不同于z=0.1mm的層，應在層窗口中點擊No.2(z=0.1mm)并重新選擇邊。第23步把鼠標移到圖3.1中由頂點3和頂點4構成的邊并點擊鼠標左鍵。說明：定義了端口1后，MGRID仍然處于定義端口模式，如有必要可繼續(xù)定義更多端口。反應：端口2被定義，此時的結構將如圖3.10所示，只不過其中還沒有網(wǎng)格。第24步在Port菜單中選擇Exit Port繼續(xù)2D I

31、nput模式(也可以在工具欄選取定義端口的圖標退出定義端口模式)。說明：定義完端口后退出Define Port模式是一個好習慣，否則MGRID將一直處于定義端口模式中，這樣就不能再進行其它操作。第25步在File菜單中選擇Save，輸入“c：ie3dpracticec_bend.geo”作為文件名。說明：用戶在電路完成或未完成時都可保存電路的一部分，建議在建立大型電路時不斷將改變存盤，這將避免數(shù)據(jù)的意外丟失。用戶可能關心一個電路離散化后會是什么樣子，或者想要把線路圖和離散化電路作硬拷貝備份。第26步在Process 菜單中選擇Display Meshing。說明：用戶必須清楚，離散化過程總是在

32、仿真引擎中完成。這里的網(wǎng)格化過程，只是為了讓用戶理解電路網(wǎng)格化后是什么樣子，而并不是必須的一步。建議用戶在進行網(wǎng)格化之前保存電路，網(wǎng)格化過程是一個遞歸過程，對大型結構，如內(nèi)存不足，在網(wǎng)格化過程中可能會因占用大量內(nèi)存而出現(xiàn)內(nèi)存問題。MGRID 9.0為用戶提供了更多關于幾何圖形的信息。圖 3.10 顯示網(wǎng)格Display Meshing中的自動網(wǎng)格化參數(shù)對話框反應：提示更改最高頻率“Highest Frequency”和單元尺寸“Cells per Wave- length”，自動化邊緣單元“Automatic Edge Cells”以及網(wǎng)格最優(yōu)化“Meshing Optimization” (

33、如圖 3.10) 。第27步注意不要選中“Automatic Edge Cells”，此功能將在以后討論。選擇 OK接受默認值。將會跳出一個窗口顯示網(wǎng)格化過程，結束后MGRID將提示在網(wǎng)格化過程中共創(chuàng)建了21個單元，并且單元最大尺寸為0.142mm。選擇Continue，網(wǎng)格化后的結構如圖3.11所示。說明：和AEC一樣，網(wǎng)格化的單元密度由Fmax和Ncell的乘積決定。如果用戶要更改單元密度，可以更改二者中的任何一個，如它們的乘積不變，那么就會得到相同結果。如果用戶選擇了過大的Fmax和/或Ncell，或者電路過大，以至于估算的最小單元數(shù)目超過了警戒限制，MGRID將發(fā)出警告，阻止這個因創(chuàng)建

34、的單元數(shù)過多而無法結束的網(wǎng)格化過程。網(wǎng)格化完成后，網(wǎng)格化的結構將顯示一次，要保存網(wǎng)格化視圖直到幾何結構被更改，可選擇保存網(wǎng)格化“Keep Meshing”。說明：從IE3D9.0起，內(nèi)嵌臂的單元也一并顯示。這里有4個單元而不是3個單元，因為在第21步中已指定，增加的一個單元留給饋源。正如所見，矩形單元用于規(guī)則區(qū)域，而三角單元用于非連續(xù)區(qū)。矩形單元的高效和三角形單元的靈活同時在IE3D得到充分利用。如果用戶想對網(wǎng)格化的結構作硬拷貝，可以在File菜單中選擇Print，將結構從與電腦相連的打印機中打印出來，對于網(wǎng)格化后結構中的位圖圖形，用戶可按下ALT+PrtScr把窗口抓屏到剪貼板中，然后可將其

35、粘貼到附件中的繪圖程序或者其它的圖形處理程序。圖 3.11 具有擴展端口的網(wǎng)格化結構圖第六節(jié) 電磁仿真電路已經(jīng)建立，下一步將完成電磁仿真，本節(jié)中說明如何設置仿真。第28步在Process菜單中選擇Simulate。反應：跳出仿真設置對話框 (見圖3.12)。說明：從MGRID7.0起，仿真設置在一個對話框完成，此前輸入的數(shù)據(jù)將被保存，為此時的仿真所使用。仿真設置和最優(yōu)化設置共用一個對話框。這里有一個“Capture”鍵，是用來捕捉以前仿真的頻率點的，這些頻率點保存在.sp(.spt，.s2p或.spm)文件。此外還有一個鍵叫做“Retrieve”，它使用戶能從以前的仿真輸入文件(擴展名為.SI

36、M)中重新找到仿真設置對話框中的多數(shù)數(shù)據(jù)，包括頻率點和最優(yōu)化目標（用于最優(yōu)化）等。網(wǎng)格化參數(shù)非常重要，也可從這個對話框得到，同時還需為仿真輸入頻率點。時域方法仿真器如IE3D需對矩陣求解，在IE3D，求解矩陣的時間是最重要的部分。針對不同目的使用多個矩陣處理器，默認矩陣處理器是高級對稱矩陣處理器Adv. Symmetric Matrix Solver (SMSi)，對陣矩陣處理器SMSi和SMS是用于一般目的且高效的矩陣處理器，且SMSi要比SMS快的多。然而，SMSi矩陣處理器只能用于Intel Pentium Pro，Pentium II，Pentium III， Pentium 4和AM

37、D Athlon CPU，SMSi矩陣處理器在更早期的CPU中會受到破壞。如果嘗試這個例子時出現(xiàn)故障，那么可以100%的肯定電腦使用了更早期的CPU，必須選用SMS矩陣處理器?？稍赑aram菜單的Optional Parameters中定義默認矩陣處理器。關于矩陣處理器的更多討論見第12章。在多數(shù)情況下，用戶對s-(y-，z-)參數(shù)的頻響感興趣。如果為得到完全的頻響而對結構進行仿真，那么總應激活自適應智能擬和Adaptive Intelli-Fit (AIF)，AIF是一個非常高效且強大且準確的頻響。然而，激活了AIF就不能激活保存電流分布文件saving the current distri

38、bution file和計算輻射方向圖calculation of the radiation pattern，將在后面討論。對天線的應用，當然對電流分布和輻射方向圖感興趣。對于那樣的例子，將利用AIF對結構在很多個頻點上進行仿真。然后，對感興趣的頻率點例如諧振點，在不激活AIF的條件下重新仿真?？稍诘诙蔚姆抡嬷袑μ囟ǖ念l率點激活保存電流分布和/或計算輻射方向圖。對中小尺寸的結構，IE3D仿真幾乎是交互式的?？梢栽趯υ捒虻腜ost-Processing組中選中自動調(diào)用Auto Invoke選項。仿真結束后IE3D將調(diào)用MODUA仿真器進行顯示和后期處理。仿真設置之后有四個選項：(1)調(diào)用IE

39、3D“Invoke IE3D”；(2)只建立.SIM文件“Create .SIM file only”；(3)加入到隊列“Append to Queue”(4) 調(diào)用網(wǎng)絡版IE3D“Invoke IE3D for Net”。對交互式仿真或單個長仿真，可能會使用調(diào)用IE3D選項，它將立刻調(diào)用仿真器完成仿真。第四個選項是針對網(wǎng)絡版IE3D的計算的，為使用這樣的功能，用戶需要持有ZDS/ZDM license，將在后面討論ZDS/ZDM和網(wǎng)絡分布IE3D計算。這里有兩個準確度選項：2D仿真選項（快速For Speed和準確For Accuracy），以及3D仿真選項（常規(guī)Normal和準確For A

40、ccuracy），它們通過MGRID自動設置，用戶通常不能對其進行改動。 For Speed一般用于自由空間中的結構，而For Accuracy通常用于多層介質(zhì)。對話框中其它參數(shù)用于調(diào)諧和最優(yōu)化，兩者都需用戶定義一些最優(yōu)化變量，將在使用調(diào)諧和最優(yōu)化時進行介紹。第29步在起始頻率“Start Freq(GHz)”輸入0.5，截止頻率“End Freq(GHz)”輸入40，頻率數(shù)量“Number of Freq”輸入80，按回車鍵并在對話框中選擇 ENTER。反應：由0.5到40GHz共輸入了80個頻率點(如圖 3.12)。說明：一些熟悉其它電磁仿真器的用戶，可能不適應開始就定義這么多頻率點。電磁

41、仿真一般是一個消耗時間的過程，一些仿真器可能在每一個頻率都消耗很長時間，對于IE3D，不必對此擔心。IE3D是一個快速且準確的仿真器。AIF可以使其最快，激活AIF后可隨便定義多少個頻點，這不會減慢仿真過程。事實上，為了得到圓滑曲線，建議在頻帶內(nèi)定義足夠的點。圖 3.12 MGRID中的仿真設置對話框第30步確定所有其它參數(shù)都如圖3.12所示，選擇 OK 繼續(xù)。反應：IE3D仿真引擎 (IE3D.EXE)被激活完成仿真(如圖 3.13)。說明：仿真完成后，所有仿真數(shù)據(jù)保存到仿真輸入文件：c：ie3dpracticec_bend.sim，這個文件被用作調(diào)用IE3D.EXE的命令行。當選擇 OK，

42、IE3D仿真引擎IE3D.EXE被自動激活并完成仿真，其內(nèi)部指令為：ie3d “c：ie3dpracticec_bend.sim”(3-4)必須使用雙引號以防止路徑名中空格引起的模糊，從IE3D9.0起，IE3D基于對話框形式，它為用戶提供更多信息，且保留了早期版本IE3D控制臺引擎的所有功能。現(xiàn)在要討論仿真設置對話框中的After Setup選項，有三個選項：(1)調(diào)用IE3D“Invoke IE3D”；(2)只建立.SIM文件“Create .SIM File Only”；(3)添加到隊列“Append to Queue”(4)調(diào)用網(wǎng)絡版IE3D“Invoke IE3D for Net，如

43、果選擇調(diào)用IE3D，IE3D仿真引擎將立即被調(diào)用來完成仿真，如果選擇只建立.SIM文件，將創(chuàng)建（3-4）的.SIM文件，但命令將不會被執(zhí)行。用戶可以為一個新的結構使用一個新的仿真設置，然后寫一個批處理文件(擴展名為.bat)依次運行幾個仿真。批處理文件的每一行都和(3-4)相似，如沒有為IE3D仿真引擎建立一個路徑，還要在其中包含一個路徑，IE3D.EXE的默認文件夾為c：program fileszelandexe，應把命令行寫為：圖 3.13 IE3D仿真引擎對話框“c：program fileszelandexeie3d” “c：my_directorymy_sim_file.sim”(

44、3-5)雙引號是為了區(qū)別含有空格的文件名，在文件名中使用雙引號總是安全的，反之，長文件名中的任何空格都會干擾操作系統(tǒng)。第三個選項是加入到隊列，基本來說新版本的IE3D允許用戶在Zeland Program Manager中建立一個仿真隊列。Zeland仿真隊列自動考慮仿真列表。這一功能使用戶可對不同任務使用不同的IE3D license來使用網(wǎng)絡中不同的機器，感興趣的用戶可閱讀關于Zeland Program Manager的說明。要提交Zeland仿真隊列中的一個仿真很簡單，必須定義所有參數(shù)，選擇加入到隊列，然后選擇OK。可能馬上不會看到任何反應，但這個任務已添加到隊列，它將通過使用該隊列的

45、任何一個IE3D license運行。第四個選項是調(diào)用網(wǎng)絡版IE3D，用做分布式IE3D計算和最優(yōu)化，將在附錄Z中對分布計算進行討論。圖 3.14頻率響應的史密斯圓圖第31步在現(xiàn)代計算機中，IE3D將在不足一秒的時間內(nèi)結束仿真，并在IE3D仿真引擎對話框中顯示所有信息(如圖3.13)。仿真結束后，MODUA仿真器被自動調(diào)用并在史密斯圓圖或其它表格中顯示數(shù)據(jù)，這取決于MODUA的View菜單中Optional View Setting的設置。圖3.14為MODUA顯示的史密斯圓圖，請最小化或關閉MGRID窗口。說明：IE3D結束仿真后，把數(shù)據(jù)保存到文件：c：ie3dpracticec_bend.

46、sp，然后調(diào)用MODUA顯示參數(shù)。如不想調(diào)用MODUA，在第29步的仿真設置中，應不選中Auto Invoke。新用戶可能會默認自動顯示，下面演示怎樣手動顯示數(shù)據(jù)，這對理解IE3D的功能很有幫助。對.sp和.log文件再做一些說明，.sp文件包含HP/EEsof ÒTouchstone Ò兼容格式的結果，但不必使用相同的擴展名.s2p，因為把端口信息加入擴展名中很不方便。.log文件包含仿真的中間數(shù)據(jù)，如果用戶要在上面的仿真中檢查一些中間數(shù)據(jù)，需要查看文件：c：ie3dpracticec_bend.log。遇到錯誤時，IE3D引擎通常會提示，也可以查看.log文件。如果.l

47、og文件沒有建立，就要打開命令提示行(startprogramscommand-prompt)并以（3-2）的形式在命令行中運行仿真器。中間信息將顯示在命令提示行的窗口中，從IE3D 8.0起，遇到錯誤時建立的.log文件將在寫字板中打開。如果MODUA默認設置不是顯示史密斯圓圖，用戶可能看不到史密斯圓圖窗口，要更改MODUA默認顯示設置，可以在View菜單中選擇Optional View Settings。第七節(jié) 參數(shù)和曲線擬和的圖形表示圖形表示在示意圖編輯器MODUA中完成，上例中MODUA被激活完成顯示功能。實際上這個過程可以手動完成，自動的方法可節(jié)省一些步驟，然而，為了解其中的細節(jié)，下

48、面演示怎樣手動使用集成電路仿真器MODUA處理數(shù)據(jù)。第1步此時MODUA仍在顯示數(shù)據(jù)，可將其關閉并從ZELAND FOLDER中重新運行MODUA，也可直接在File菜單中選擇Display Parameter Module。反應：提示輸入?yún)?shù)文件名。第2步選擇文件c：ie3dpracticec_bend.sp并單擊OK。反應：MODUA讀取數(shù)據(jù)并在一個史密斯圓圖中表示S11，S21和S22。說明：此圖與圖3.14相似，應是上節(jié)最后一步的結果。如在MGRID仿真對話框的Post Process中選擇Auto Invoke，IE3D將自動執(zhí)行本節(jié)第1步和第2步。實際上，Display Param

49、eters Module已是MODUA的一個簡化命令。MODUA是一個標準網(wǎng)絡仿真器，允許用戶使用Add Parameters Module添加幾何模塊，以及用whole Element 菜單建立一個由不同單元組成的設計。于是，可建立一個包含S參數(shù)、IE3D幾何文件和集總元件的頻域仿真。用MODUA顯示S參數(shù)時，Display Parameter Module命令避免了冗長的設計設置過程。在史密斯圓圖中顯示S參數(shù)時，如需其它格式的頻響，可在Control菜單中選擇Define Display Data或Define Display Graph，要查看設計設置，可以在Control菜單中選擇Di

50、splay Toggle。這個設計包括三個模塊：c_bend模塊，port 1和port 2模塊。作為默認設置，用戶選擇Display Parameter Module時顯示的是史密斯圓圖，如用戶喜歡一個不同的默認值，也可以在View菜單中的Optional View Settings進行設置。第3步在File 菜單中選擇 Display Parameter Module。說明：如果在仿真設置中沒有激活自適應智能擬和“Adaptive Intelli-Fit (AIF)”，c：ie3dpracticec_bend.sp中的結果應和初始電磁仿真結果相同。因為選中了AIF激活鍵，c：ie3dpra

51、cticec_bend.sp的結果是通過一個專門的內(nèi)插方式從c：ie3dpracticec_bend.spt獲得的。激活AIF時c_bend.sp的結果是內(nèi)插法結果，一些用戶可能會對此懷疑，他們可能擔心其準確度，建議這些用戶不必擔心。在實驗室中已進行了大量的AIF仿真實驗，幾乎100%的AIF結果都和初始結果完美吻合，它可在一個很大的頻帶范圍內(nèi)，使用有限的幾個頻點捕捉多諧振天線和電路的細節(jié)。同樣，大量用戶每天都在使用IE3D，還沒有收到過失敗報告。這里要提醒高性能窄帶(如0.5%)濾波器設計用戶，對于這些應用，通帶特性看上去正好是一個方波，通帶內(nèi)幾乎是平坦的，并在一個很窄的頻帶內(nèi)轉入阻帶。用戶

52、應在包含通帶及其臨近的范圍內(nèi)使用Adaptive Intelli-Fit。對這樣的濾波器，如在一個很大的頻帶內(nèi)使用Adaptive Intelli-Fit，通帶可以建立，但最終AIF將因數(shù)值仿真的字長有限而失敗。第4步MODUA提示參數(shù)文件時請將文件格式由Parameter Files (*sp)改為Parameter Files (*.spt)，擴展名為.spt的文件被列出，選擇c：ie3dpracticec_bend.spt。反應：MODUA給出c：ie3dpracticec_bend.spt的頻響。說明：這是初始電磁仿真結果，可看到和圖3.14相似的圖形，但只有幾個頻點。第5步在View

53、菜單中選擇 Graph Parameters，確定選擇了Display Frequency且時間間隔（Interval）是1(如圖 3.15)。選擇 OK繼續(xù)。圖 3.15 MODUA的View菜單中Graph Parameters對話框反應：史密斯圓圖中的圖線重新顯示，并標記以下頻點：0.5，3.5，8，10.5， 20.5，25.5，30.5和40GHz。說明：電磁仿真只在這八個頻率點上進行，所有其它頻點值都是以內(nèi)插替換的。第6步在Control 菜單中選擇Define Display Data，選擇 OK繼續(xù)。反應：提示選擇要顯示的參數(shù)類型。第7步在列表框選擇“dB and Phase

54、of S-Parameters”并選擇OK。反應：提示選擇要顯示的項。第8步選擇4個項：“dBS(1，1)”，“ANGS(1，1)”，“dBS(2，1)”和“ANGS(2，1)”，并選 OK 繼續(xù)。反應：所選項的頻響將顯示在MODUA窗口，所選頻率的數(shù)據(jù)如表3.1所示。表3.1 c_bend.spt的頻率響應FreqGHzdBS(1，1)ANGS(1，1)dBS(2，1)ANGS(2，1)0.5-50.9938.88-1.86E-2-2.3743.5-38.1762.66-2.22E-2-16.598.0-32.3146.33-2.96E-2-37.9510.5-31.0435.41-3.52

55、E-2-49.8620.5-34.54-5.95-7.13E-2-97.9925.5-45.328.21-9.88E-2-122.430.5-39.2690.11-0.125-146.940.0-40.5352.20-0.126166.2第9步在File 菜單中選擇 Print，選擇正確的打印驅動并選擇 OK。反應：數(shù)據(jù)的硬拷貝被打印出來了。第10步在File菜單中選擇Save Displayed Data。反應：提示輸入文件名，默認為“c_bend.lst”。第11步選擇OK接受默認設置。反應：數(shù)據(jù)表將被保存到文件c：ie3dpracticec_bend.lst，可以用編輯器打開。第12步在

56、Control菜單中選擇Define Display Graph。反應：提示選擇要顯示的參數(shù)類型。第13步在列表框中選擇 “dB and Phase of S-Parameters”并選擇OK。反應：提示選擇要顯示的項。第14步選4個項：“dBS(1,1)”,“ANGS(1,1)”,“dBS(2,1)”和“ANGS(2, 1)”，并選OK繼續(xù)。反應：所選項的頻響將在圖中顯示出來，可注意到圖線不是很圓滑因為我們沒有足夠的頻率點。第15步在Process菜單中選擇Curve-Fitting and Interpolation。反應：提示曲線擬和形式及內(nèi)插頻率間隔。說明：有三種可用曲線擬和形式：Cu

57、bic Spline，Intelli-Fit和General Intelli-fit。Intelli-Fit是一種老的內(nèi)插法，不是很充分。Cubic-Spline是一種很好的形式，但只在頻點足夠多時工作較好。General Intelli-Fit是和IE3D中的Adaptive Intelli-Fit相同的形式，通?？偸鞘褂肎eneral Intelli-Fit形式。第16步選擇GENERAL INTELLI-FIT并選 OK 繼續(xù)。反應：提示內(nèi)插頻率。第17步Start Frequency輸入 “0.5”， End Frequency輸入 “40”， Number of Frequencies輸入 “80” ，選擇 ENTER并選 OK 繼續(xù)。反應：圖中曲線變的圓滑，和圖