射頻電路-Microwave office軟件介紹

射頻電路與天線（一）

RFCircuitsandAntennas

第10講MicrowaveOffice軟件介紹王世偉華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院天線與射頻技術(shù)研究所TEL:22236201-604Email:eewsw@10.1引言

MicrowaveOffice軟件由美國AWR公司開發(fā)，是進(jìn)行射頻、微波電路設(shè)計及仿真的專業(yè)軟件。它可以進(jìn)行微波電路的線性、非線性仿真及電磁仿真，對電路進(jìn)行分析、優(yōu)化，還可將原理圖轉(zhuǎn)換為布線圖，最后生成印制線路板圖。MicrowaveOffice軟件有很直觀的用戶界面，是進(jìn)行微波電路的理論研究和實際應(yīng)用的強(qiáng)有力工具，在通信、電子等行業(yè)的各大研究所、公司有廣泛的應(yīng)用。主菜單與工具條主菜單在軟件主窗口的頂部，包括File，Edit、Project等下拉菜單。工具條在主菜單的下一行，是一些常用選項，將鼠標(biāo)放在任意圖標(biāo)上，會顯示該按鈕的說明。主窗口的左側(cè)為瀏覽頁，左側(cè)底部是各瀏覽頁的標(biāo)簽，共三種，點擊標(biāo)簽即打開相應(yīng)瀏覽頁。右側(cè)空白窗口為繪圖工作區(qū)。10.2軟件設(shè)計環(huán)境Proj（工程瀏覽頁）

點擊主窗口左下部的“Proj”標(biāo)簽即可激活工程瀏覽頁，包括工程的全部選項，為分層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。DesignNotes：

為工程設(shè)計備忘錄

Project

Options：

為項目確定整體屬性

GlobalDefinitions：

用來設(shè)置全局變量，包括所有用來對參數(shù)賦值的方程和函數(shù)

。

DataFiles：

為數(shù)據(jù)文件組SystemDiagrams：

系統(tǒng)仿真選項

CircuitSchematics：

電路仿真選項

EMStructures:

用來控制EM仿真的參數(shù)

OutputEquations： 測量數(shù)據(jù)用表或圖的形式顯示出來之前對其進(jìn)行信息處理的Graphs：

代表了MWO的輸出

OptimizerGoals：

優(yōu)化目標(biāo)。

YieldGoals:

生產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)。Wizards:設(shè)計向?qū)lem（元件瀏覽頁）

單擊主窗口左下部的“Elem”標(biāo)簽即可激活元件瀏覽頁。元件瀏覽頁分上、下兩部分。上半部分是垂直排列、可展開的元器件總表，類似于窗口瀏覽器；各種元件分類排列，包括線性元件、非線性元件；下半部分是具體的元件模型；繪制原理圖時，首先在元件瀏覽頁上半部分選擇元件類別，然后在下半部分選擇具體的元件模型，向右側(cè)繪圖區(qū)拖放，就可以給原理圖添加元件。ElementBrowserCircuitElements:用于電路原理圖的仿真LumpedElements：常用的分立元件

Microstrip：微帶線，包括線形微帶線、耦合微帶線等，元件的名稱以M開頭Substrates：仿真實際電路板制板所用的基板特性,參數(shù)包括介質(zhì)厚度、金屬厚度等Subcircuits：支電路Port:端口，決定仿真的起點和終點Source：信號源，包括直流源、交流源等Striplines：帶狀線，元件的名稱以S開頭SystemBlocks:用于通信系統(tǒng)的仿真。Layout（布線瀏覽頁）

單擊主窗口左下方的“Layout”標(biāo)簽即可激活布線瀏覽頁。布線瀏覽頁分上、下兩部分。

布線瀏覽頁的上半部分包括：LayerSetup

雙擊LayerSetup項可打開一個對話窗（LayerSetup對話窗），進(jìn)行繪圖層的編輯，包括布線窗中所有與繪圖相關(guān)的功能。此外，右鍵點擊該項可選擇導(dǎo)入處理定義文件（*.lpf）。LayoutOptions

雙擊該項可打開一個對話窗，對布線的相關(guān)選項進(jìn)行編輯。CellLibraries

可生成、導(dǎo)入布線元件。元件庫可按GDSⅡ或DXF格式輸入。新元件可在繪圖編輯器中生成，并在此激活。布線瀏覽頁的下半部分是DrawLayers頁，包括能在布線窗中激活并瀏覽各層的各種控制選項。

10.3基本操作

工程部分

本軟件的工程用來形成原理圖和電磁結(jié)構(gòu)圖，以便進(jìn)行仿真及分析。創(chuàng)建及保存新工程

從主菜單中選擇File\NewProject，創(chuàng)建一個新工程；再選File\SaveProjectAs，則以新名稱保存該工程。本軟件工程是以*.emp文件保存。軟件一次只能載入一個工程。設(shè)置工程單位

從主菜單中選擇Options\ProjectOptions，選擇GlobalUnits頁，通過增加或減小默認(rèn)設(shè)計單位來編輯工程的全局默認(rèn)單位。

設(shè)置工程單位

從主菜單中選擇Options\ProjectOptions，選擇GlobalUnits頁，通過增加或減小默認(rèn)設(shè)計單位來編輯工程的全局默認(rèn)單位。原理圖部分

工程瀏覽頁中的CircuitSchematics組包括兩種文件：Schematic和Netlist。Schematic：電路原理圖。工程的每個原理圖在CircuitSchematics組里都有相應(yīng)的原理圖項。Netlist：網(wǎng)表圖，將電路圖以網(wǎng)表形式用文字描述。工程的每個網(wǎng)表在CircuitSchematics組里都有相應(yīng)的網(wǎng)表項。

添加原理圖在工程瀏覽頁右鍵單擊CircuitSchematics組，

有以下選項：New：創(chuàng)建空白原理圖Import：導(dǎo)入文件，即將某文件復(fù)制并作為本工程的永久文件。原理圖文件的擴(kuò)展名為（*.SCH）,網(wǎng)表文件為（*.NET）。Link：鏈接文件，能處理文件但不復(fù)制到工程中。該文件必須始終適于工程讀取。當(dāng)其他用戶更新該文件時，允許當(dāng)前工程保留數(shù)據(jù)不變。

編輯原理圖

在工程瀏覽頁的CircuitSchematics組，點右鍵選Options項，則顯示一個CircuitOptions對話窗，包括:

HarmonicBalance頁：設(shè)置諧波平衡模擬器，包括Numberofharmonics（諧波數(shù)目），iterationsettings（迭代設(shè)置），Convergence（收斂標(biāo)準(zhǔn)），采樣數(shù)目等選項。CircuitSolvers頁：設(shè)置電路求解器。ModelingOption頁：SPICE模型提取選擇。

添加元件

已創(chuàng)建空白原理圖后，單擊主窗口左下部的“Elem”標(biāo)簽。瀏覽頁上部是所有的元器件總表，選中任意元件組，在瀏覽頁下半部分則列出具體元件，選中所需項并拖放至原理圖即可。添加端口方法1：通過主菜單。選中原理圖，從主菜單選Schematic\AddPort，或在工具條單擊Port按鈕，將所選項放入原理圖。方法2：通過元件瀏覽器。在Elem瀏覽頁上部選擇Ports組，下部則顯示不同應(yīng)用的端口列表，選中所需項并拖放至原理圖。添加子電路元件方法1：通過主菜單。選中原理圖，從主菜單選Schematic\AddSubcircuit，從對話窗列表中選擇數(shù)據(jù)源的名稱。

注意GroudingType選項，可控制支路接地方式。Normal為端口內(nèi)部定義接地；Explicitgroudnode添加一個為所有端口定義的公共接地點；Balancedports為每個端口有各自的接地點。點OK退出對話窗，將所選項放入原理圖。方法2：通過元件瀏覽頁。在Elem瀏覽頁上部選擇Subcircuits組，下部則顯示所有可用于支路的項目列表，選中所需項并拖放至原理圖即可。

添加連線

用來連接兩元件的節(jié)點。將光標(biāo)放在一個節(jié)點上，光標(biāo)變成線圈時，左鍵單擊此處以確定連線的起點。將光標(biāo)移動到需轉(zhuǎn)彎的地方，再次點左鍵，標(biāo)出轉(zhuǎn)折點。當(dāng)光標(biāo)移動到另一元件節(jié)點上或另一連線頂端時，點擊左鍵，結(jié)束連線。中途放棄按Esc鍵。復(fù)制與粘貼

選中任意元件、端口以及連線等，依次按Ctrl+C、Ctrl+V，添加數(shù)據(jù)文件

在Proj瀏覽頁，右鍵點擊DataFiles項，可選擇導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件。可以將S參數(shù)作為數(shù)據(jù)文件添加。

編輯元件

在原理圖中雙擊元件數(shù)值，可以直接更改元件值。如果雙擊元件符號，則打開ElementOptions對話窗，可編輯與元件屬性相關(guān)的全部參數(shù)。ElementOptions對話窗

包括Parameters頁、Statistics頁、Display頁、

Symbol頁及Layout頁。

Parameter頁用于設(shè)置元件參數(shù)。

Parameter頁包括：Name（名稱）、Value（數(shù)值）、Units（單位）、Tune（可調(diào)諧變量）、Opt（可優(yōu)化變量）、Limit（受限變量）、Lower（下限）、Upper（上限）、Description（文字描述）等選項。

Statistics頁包括：Use（激活變量）、Opt（激活優(yōu)化變量）、ln％（變量誤差）、Distribution（誤差分布形式）等項。誤差分布形式中Uniform為平均分布，Normal為高斯分布。Display頁設(shè)置元件顯示狀態(tài)，包括Hide（隱藏）、Hideempty（隱藏未標(biāo)值的參數(shù)）、Hide2nd（隱藏第二參數(shù)）、Hideunits（隱藏單位）、Hidelabel（隱藏標(biāo)簽）、Leftjustify（左對齊）、Boldface（加粗）、Description（文字描述）等選項。一般采用默認(rèn)值。Symbol頁設(shè)置原理圖中的元件符號。一般采用默認(rèn)值。Layout頁設(shè)置原理圖元件在布線圖中所對應(yīng)的布線模型。端口編輯

選擇ElementOptions對話窗的Port頁，可以改變端口類型，設(shè)置端口類型為Source（源）或Termination（終端），并指定其它的相關(guān)屬性子電路編輯

子電路路也是作為普通元件進(jìn)行編輯的，雙擊則彈ElementOptions對話窗。

選擇ElementOptions對話窗的Groud頁，可以設(shè)置子電路的接地類型。線性仿真

線性模擬器采用節(jié)點分析來仿真一個電路的特性，適用于元件可由導(dǎo)納矩陣描述的電路，如低噪聲放大器、濾波器、耦合器等。生成的典型測量項為gain（增益），stability（穩(wěn)定性），noisefigure（噪聲指數(shù)），reflectioncoefficient（反射系數(shù)），noisecircles（噪聲周期），gaincircles（增益周期）。

線性模擬器可以快速、有效地仿真線性電路，其中一個特征就是進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的同時就可以看到仿真的結(jié)果，還能進(jìn)行優(yōu)化（opitimize）及成品率（yield）分析。非線性仿真

非線性仿真采用諧波平衡法或Volterra級數(shù)源來激勵電路。諧波平衡法常用于功率放大器、混頻器、倍頻器等非線性電路，而Volterra級數(shù)法是一種線性算法，最適于弱非線性電路，如工作在低于1dB壓縮點的放大器。諧波平衡

諧波平衡仿真是測量電路的端口激勵，這是與線性分析的主要區(qū)別。這就要求添加一個端口，并規(guī)定功率、頻率等參數(shù)?？梢远x單個及多個激勵端口，以產(chǎn)生單頻及多頻分析。原理圖中的諧波平衡源一經(jīng)確定，執(zhí)行仿真時將自動調(diào)用諧波平衡模擬器。

單頻分析

單頻諧波平衡分析包括在基本頻率點、基本頻率的整數(shù)倍以及在直流點進(jìn)行電路的仿真。要求確定基本頻率及諧波的總數(shù)。多頻分析

雙頻及三頻諧波平衡仿真用于確定在不同基本頻率激勵時電路的輸出。雙頻諧波平衡分析適于混頻器等電路，一個頻率用于仿真本地振蕩，第二個頻率用于射頻輸入。非線性測量

在時域、頻域均可創(chuàng)建非線性測量，有完整的設(shè)置，包括大信號s參數(shù)、功率、電壓及電流。

電磁仿真

電磁仿真利用麥克斯韋方程來計算物理幾何結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。由于可以仿真各種任意結(jié)構(gòu)并提供很精確的結(jié)果，這種電磁仿真是理想的。另外，由于使用基本方程來計算響應(yīng)，電磁仿真不受電路模型中的許多約束條件的限制。電磁模擬器的一個局限性是計算時間較長，仿真耗時按問題大小的指數(shù)倍增長，因此減少問題的復(fù)雜性就很重要，以及時得到結(jié)果。

電磁仿真與電路仿真對于電路設(shè)計是互補(bǔ)的技術(shù)，二者可以結(jié)合起來使用，解決很多設(shè)計問題。本軟件的電磁模擬器，即電磁視圖（EMSight），可以仿真平面三維結(jié)構(gòu)，包括多種金屬及電介質(zhì)層，以及各層及地之間的連接通道。電磁視圖在頻域采用Galerkin矩量法（MoM），是分析微帶線、帶狀線、共面結(jié)構(gòu)以及各種更任意介質(zhì)的極其精確的方法。適當(dāng)使用可提供一直到100

MHz甚至更高頻段的精確仿真結(jié)果，其界面如下圖所示

。

布線圖布線圖是原理圖的物理示意圖。在設(shè)計了電路之后，重要的是如何顯示布線圖，以便進(jìn)行加工生產(chǎn)。本軟件布線圖采用先進(jìn)的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計數(shù)據(jù)庫，其原理圖與布線圖的創(chuàng)建是緊密結(jié)合的。在電路圖中的每一個電器元件都可以指定一個布線表示式，即制版單元（artworkcell），該制版單元可以為該元件建立實際的布線對象。布線圖實際上就是原理圖的另一種視圖，在原理圖中的任何改動，都將自動且立即在布線圖中更新。反之也一樣。這樣，在執(zhí)行仿真前省去了復(fù)雜的設(shè)計同步及返回注解的需要。特別需要注意的是，有的電路元件，例如微帶線、T接頭、十字線、彎頭及耦合線等常用傳輸線元件，在軟件中有現(xiàn)成的布線表示式。此類元件參數(shù)可直接用于布線，所以采用參量化布線單元來布線。而另一類電路元件，主要是集總元件，例如電容、電感以及電阻等，在軟件中沒有現(xiàn)成的布線表示式，需要人為地指定。各種半導(dǎo)體管也需要指定布線表示式（制版單元）來布線。

傳輸線計算器－TXLine

TXLine（傳輸線計算器）是MicrowaveOffice軟件自帶的軟件包，可以對各種傳輸線的電特性和物理特性進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換運算，從而免去大量繁瑣的手工計算，既提高了計算精度，也解放了人力。TXLine可以計算微帶線、帶狀線、同軸線等多種結(jié)構(gòu)。

由MicrowaveOffice軟件的主菜單選擇Window

\

TXLine，即可啟動TXLine，界面的上方為不同結(jié)構(gòu)傳輸線的標(biāo)簽頁，依次為微帶線(Microstrip)、帶狀線(Stripline)、共面線(CPW)、接地共面線(CPW

Ground)、同軸線(RoundCoaxial)、隙狀線(Slotline)、耦合微帶線以及耦合帶狀線。

在Microstrip標(biāo)簽頁的左上方是材料參數(shù)，包括Dielectric（介質(zhì)）、Dielectric