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(jì)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(duì)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(shí)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(xiàng)，將鼠標(biāo)放在任意圖標(biāo)上，會(huì)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(diǎn)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(jì)環(huán)境Proj（工程瀏覽頁）

點(diǎn)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(xiàng)，為分層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。DesignNotes：

為工程設(shè)計(jì)備忘錄

Project

Options：

為項(xiàng)目確定整體屬性

GlobalDefinitions：

用來設(shè)置全局變量，包括所有用來對(duì)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(xiàng)

CircuitSchematics：

電路仿真選項(xiàng)

EMStructures:

用來控制EM仿真的參數(shù)

OutputEquations： 測(cè)量數(shù)據(jù)用表或圖的形式顯示出來之前對(duì)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(jì)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(shí)，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(shí)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(diǎn)和終點(diǎn)Source：信號(hào)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(xiàng)可打開一個(gè)對(duì)話窗（LayerSetup對(duì)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(diǎn)擊該項(xiàng)可選擇導(dǎo)入處理定義文件（*.lpf）。LayoutOptions

雙擊該項(xiàng)可打開一個(gè)對(duì)話窗，對(duì)布線的相關(guān)選項(xiàng)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(xiàng)。

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(gè)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(gè)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(jì)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(jì)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(gè)原理圖在CircuitSchematics組里都有相應(yīng)的原理圖項(xiàng)。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(gè)網(wǎng)表在CircuitSchematics組里都有相應(yīng)的網(wǎng)表項(xiàng)。

添加原理圖在工程瀏覽頁右鍵單擊CircuitSchematics組，

有以下選項(xiàng)：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(shí)，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(diǎn)右鍵選Options項(xiàng)，則顯示一個(gè)CircuitOptions對(duì)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(xiàng)。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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(duì)話窗列表中選擇數(shù)據(jù)源的名稱。

注意GroudingType選項(xiàng)，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(gè)為所有端口定義的公共接地點(diǎn)；Balancedports為每個(gè)端口有各自的接地點(diǎn)。點(diǎn)OK退出對(duì)話窗，將所選項(xiàng)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(xiàng)目列表，選中所需項(xiàng)并拖放至原理圖即可。

添加連線

用來連接兩元件的節(jié)點(diǎn)。將光標(biāo)放在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，光標(biāo)變成線圈時(shí)，左鍵單擊此處以確定連線的起點(diǎn)。將光標(biāo)移動(dòng)到需轉(zhuǎn)彎的地方，再次點(diǎn)左鍵，標(biāo)出轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)到另一元件節(jié)點(diǎn)上或另一連線頂端時(shí)，點(diǎn)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(diǎn)擊DataFiles項(xiàng)，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(hào)，則打開ElementOptions對(duì)話窗，可編輯與元件屬性相關(guān)的全部參數(shù)。ElementOptions對(duì)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(xiàng)。

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(xiàng)。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(duì)齊）、Boldface（加粗）、Description（文字描述）等選項(xiàng)。一般采用默認(rèn)值。Symbol頁設(shè)置原理圖中的元件符號(hào)。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(duì)應(yīng)的布線模型。端口編輯

選擇ElementOptions對(duì)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(duì)話窗。

選擇ElementOptions對(duì)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(diǎn)分析來仿真一個(gè)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(cè)量項(xiàng)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(gè)特征就是進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的同時(shí)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(jí)數(shù)源來激勵(lì)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(jí)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(diǎn)的放大器。諧波平衡

諧波平衡仿真是測(cè)量電路的端口激勵(lì)，這是與線性分析的主要區(qū)別。這就要求添加一個(gè)端口，并規(guī)定功率、頻率等參數(shù)?？梢远x單個(gè)及多個(gè)激勵(lì)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(shí)將自動(dòng)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(diǎn)、基本頻率的整數(shù)倍以及在直流點(diǎn)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(lì)時(shí)電路的輸出。雙頻諧波平衡分析適于混頻器等電路，一個(gè)頻率用于仿真本地振蕩，第二個(gè)頻率用于射頻輸入。非線性測(cè)量

在時(shí)域、頻域均可創(chuàng)建非線性測(cè)量，有完整的設(shè)置，包括大信號(hào)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(jì)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(jì)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(gè)局限性是計(jì)算時(shí)間較長，仿真耗時(shí)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(shí)得到結(jié)果。

電磁仿真與電路仿真對(duì)于電路設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(gè)電器元件都可以指定一個(gè)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(shí)際的布線對(duì)象。布線圖實(shí)際上就是原理圖的另一種視圖，在原理圖中的任何改動(dòng)，都將自動(dòng)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(jì)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(jì)算器－TXLine

TXLine（傳輸線計(jì)算器）是MicrowaveOffice軟件自帶的軟件包，可以對(duì)各種傳輸線的電特性和物理特性進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換運(yùn)算，從而免去大量繁瑣的手工計(jì)算，既提高了計(jì)算精度，也解放了人力。TXLine可以計(jì)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(dòng)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