常用的微波电路CAD软件

近年来,微波电路CAD软件也已被广泛应用于各种微波电路的设计，并成为微波工程师必须掌握的设计工具。

6.1 常用的微波电路CAD软件

微波电路的CAD软件大致可以分成下面几类：

     ① 线性/非线性微波电路仿真软件；

     ② 2.5D平面电路电磁场仿真软件；

     ③ 3D电磁场仿真软件；

     ④ 系统仿真软件；

     ⑤ 专用电路的设计软件。

     ⑥ 排版软件

表2 主要的微波电路CAD软件简介

6.2 微波电路计算计辅助设计-简介

微波电路计算计辅助设计（CAD）技术是电子设计自动化（EDA）技术的一个分支，用于射频及微波电路的计算机仿真和优化设计。

6.2.1 微波电路CAD的特点及主要内容

与其它电子EDA技术相比，微波电路CAD软件具有以下几个特点：

     ①      必须有精确的传输线模型和各种器件模型；

     ②      有时必须采用电磁场仿真等数值仿真工具；

     ③      一般都具有S参数分析的功能。

在微波电路CAD技术中，各种传输线及其不均匀区模型、元件之间的寄生耦合模型以及微波有源器件的非线性模型等，在技术上的难度都非常大。

微波电路CAD包括线性微波电路的S参数计算、直流分析、线性/非线性噪声分析、非线性电路的瞬态分析、非线性电路的谐波分析（功率压缩、交调和谐波特性等）、优化设计、容差分析、2.5D及3D电磁场仿真、布线和版图设计等，甚至还可以包括微波器件的建模和参数提取以及计算机辅助测试。

6.2.2 常用的分析方法

线性电路：采用等效电路模型和S参数矩阵级联计算。

非线性电路：Spice、谐波平衡法、包络仿真法等。

电磁场仿真：常采用矩量法和有限元法等数值计算方法。

6.2.3 优化

给定电路的网络拓扑结构、各个元件的初始值，以及电路的设计指标的目标参数，CAD软件将自动改变各元件值，直到满足要求。

CAD软件通常都具有的，也是最常用的优化方法是随机优化和梯度法。当然，一些软件还提供了其它的优化方法供选择。

6.2.4 设计步骤

微波电路CAD设计的步骤可大致总结如下：

     ①      根据技术性能指标的要求，选择半导体器件。

     ②      对于不需要半导体器件的微波无源电路，根据技术性能指标的要求，选择网络拓扑结构。

     ③      根据所选器件的具体参数，设计匹配电路的拓扑结构。

     ④      确定（或计算）电路中各个元件的初始值。

     ⑤      根据技术性能指标的要求，设置优化目标（或参数）。

     ⑥      根据经验或试验性地选择若干优化变量（或元件）。

     ⑦      选择优化方法，并进行优化。

     ⑧      进行容差分析。

     ⑨      进行版图的设计并输出版图。

     ⑩      进行性能指标的复核，进行版图的检查，并提出结构设计的要求。

6.2.5 几点经验和建议

     ①      必须保证器件选择、匹配电路或网络拓扑设计的正确性。

     ②      电路中各元件初始值的选择应尽量准确。这将有利于优化计算的快速收敛，并保证优化设计能够达到全局最优点，而不是局部的极小（或极大）点。

     ③      对于存在多个优化目标参数的一般情况，应根据实际的需要，分出主次或考虑折衷，并进行加权。

     ④      关于优化变量（或元件）的选择，一方面可以根据自己的经验，另一方面也可以先选择其中几个进行试探。特别是当元件（或变量）较多时，一般不主张都选择为优化变量。

     ⑤      对于优化方法的选择，通常是先随机法，后梯度法，这样将有助于使设计达到全局最优。

     ⑥      在电路设计的过程中，必须要考虑元件标称值的因素。另外对于分布参数电路，电路参数的取值必须要符合相应的工艺要求。

6.3 设计举例

6.3.1 例1： 2GHz低噪声放大器的设计

频率范围:1.95～2.05GHz；

管子型号:AT-41411，为微波双极晶体管

CAD软件：ADS

 图38 2GHz低噪声放大器电路

图38 2GHz低噪声放大器仿真结果

6.3.2 例2： 5GHz发夹式微带线带通滤波器的设计

CAD软件： Momentum

图39 发夹式带通滤波器电路图

图40 发夹式带通滤波器仿真结果

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