微波技术课程设计教学思考范文

一、常用的电磁仿真软件简介

电磁仿真软件的种类较多、功能各异，本文主要介绍AnsoftHFSS和AgilentADS两款常用软件。

（一）AnsoftHFSSAnsoft公司的HFSS（HighFrequencyStructureSimulator）是基于有限元法的高频电磁结构仿真软件。它采用图形用户界面进行三维结构建模，方便学生快速入门，使用自适应网格剖分技术可以求解任意无源结构的电磁场。主要功能包括：多端口S参数求解、近远场区的辐射场求解与方向性分析、端口特征阻抗和传输常数求解、结构的本征模求解等。数据后处理功能可以用表格、二维、三维、Smith圆图等多种形式展示仿真结果。另外还可以利用Optimetrics工具对结构参数进行优化和扫描分析。HFSS的主要优点是仿真精度高，但缺点是占用内存大，仿真速度较慢[3]。

（二）AgilentADSADS（AdvancedDesignSystem）是美国安捷伦公司推出电子设计自动化仿真软件，集成了芯片级、电路级和系统级的仿真模块，可以进行各种射频微波电路的仿真设计。主要功能包括时域和频域电路仿真、三维电磁结构仿真、通信系统仿真和数字信号处理仿真设计等。ADS内含基于矩量法的Momentum的电磁仿真工具，可以用来分析带状线、微带线、共面波导等多种传输线的电磁特性，微带天线的辐射特性以及电路板上的各种寄生、耦合效应等。相比其它电磁仿真软件，Momentum具有较快的仿真速度，还可以与许多EDA软件进行协同仿真。

二、课题内容设计

设计课题要综合运用课程理论知识，内容丰富有多种方案供学生选择，有较强的工程应用背景，而且与现有的实验条件相匹配。

（一）初期准备在课程设计初期，应指导学生进行软件安装，对软件的功能和界面进行简单的介绍。对所有题目均涉及的部分，如基板选择和接头类型给出具体要求。说明设计报告应包含的主要内容、格式要求和评分标准，提供必要的参考文献。

（二）微带线设计课程设计中的传输线以微带线为主，它具有平面结构，加工制作的方便。微带线的设计需要首先选择基板材料，根据特性阻抗要求计算导带宽度。微带线为准TEM波传输线，设计公式较为复杂[4]，这里可以指导学生根据基板参数，使用在线计算工具[5]或ADS软件提供的LineCacl工具进行微带线设计。

（三）衰减器设计衰减器是实现信号功率电平衰减的器件，主要技术参数包括工作频带、衰减量、功率容量、回波损耗等。微带线型衰减器主要由电阻元件构成，可以采用T型结构或π型结构，要求学生选定结构后参阅手册进行相关参数计算，比如设计一个衰减量A=10dB的同阻式T型衰减器。式中，Rp为并联电阻，Rs为串联电阻，Z0为传输线特性阻抗。使用ADS建立的仿真模型如图1所示，电路由三个电阻构成，要求学生运用ADS进行电路仿真、查看仿真结果，利用仿真得到的S参数的分析衰减器的技术参数。使用HFSS建立的仿真模型如图2所示，在这个过程中学生需要计算微带线尺寸，建立基板和微带模型，设置边界条件和激励，查看仿真结果。相比ADS，使用HFSS仿真过程相对复杂一些，但由于HFSS创建的是实物模型，学生在仿真过程中对微带电路的认识更加直观一些。

（四）功分器设计功分器是将一路微波信号分成两路或多路的器件，主要技术参数包括频率范围、回波损耗、分配损耗、插入损耗、支路端口间的隔离度等。以典型威尔金森型功分器为例，它由一条主路、两条支路和一个隔离电阻构成，要求学生参阅相关设计手册完成参数计算。使用ADS建立的仿真模型如图3所示。设计过程包括主路和支路的微带线的计算、支路长度计算、隔离电阻计算，设计完成后通过查看各端口S参数分析功分器的主要技术参数，如果技术参数不满足设计要求还需要对参数进化优化，设计完成后可以生成PCB版图，进行电路的加工和测试。

使用HFSS建立的功分器模型如图4所示，与ADS仿真相比，HFSS仿真需要学生使用3D建模工具画出电路模型，设置激励和边界条件，完成电路仿真。

作者：陈晓辉 郭欣欣 单位：安徽工程大学 电气工程学院