微波工程CAD(2)
合集下载
微波电路及其CAD
6
第六章 微波低噪声放大器的CAD
? 以有源小信号放大器为例介绍电路拓 扑，设定初值，确定优化算法，每步 应当注意的问题，主要从电路CAD设计 角度出发，除放大器以外，对其它电 路的设计也是普遍适用的。
7
第七章 微波滤波器的CAD
? 结合在电子工程系统中大量应 用的射频与微波滤波器，介绍 典型实例的CAD方法。
11
微波电路的组成和计算复杂性
? 每个微波电路都由一些微波传输线（波导、同轴线、微带线等） 和微波元器件组成，在微波频段，各种传输线和电路元件（如电
抗膜片、销钉、耦合微带、螺旋电感、各种传输结构的不连续性，
谐振器等等）的特性与其尺寸、形状、填充介质及工作频率有关，
有源器件的寄生参量效应在微波频段已十分严重，不容忽略。在
15
? 随着计算技术，元器件模型技术和精确的自动化 测试技术的发展，使原先只能用近似模型表示的 一些元器件可用比较精确的模型表示，从而使计 算机能较精确的模拟各种微波电路，通过人机对 话，使设计者能方便地改变电路参数，进行各种 模拟分析，这时计算机不再只是一种计算工具， 人们可以利用它试验各种设计思想。直到电路满 足预定特性。不过这时的CAD实质上只是一种 计算机辅助微波电路的分析即CAA 。后来最优 化设计与计算机辅助分析技术结合起来，使计算 机能根据分析结果自动修改电路元件参数，从而 使电路设计性能最优化 。这就是现代CAD概念16 。
CAD将是设计的唯一手段。
12
? 随着卫星通信，移动通信的蓬勃发展， 对微波电路小型化、标准化、模块化、 高成品率，提出了越来越高的要求，使 人们越来越依赖于CAD ，以免除烦琐调 测之苦，CAD成为微波工程师赖以生存 和发展的基本工具。
13
研究方法
第六章 微波低噪声放大器的CAD
? 以有源小信号放大器为例介绍电路拓 扑，设定初值，确定优化算法，每步 应当注意的问题，主要从电路CAD设计 角度出发，除放大器以外，对其它电 路的设计也是普遍适用的。
7
第七章 微波滤波器的CAD
? 结合在电子工程系统中大量应 用的射频与微波滤波器，介绍 典型实例的CAD方法。
11
微波电路的组成和计算复杂性
? 每个微波电路都由一些微波传输线（波导、同轴线、微带线等） 和微波元器件组成，在微波频段，各种传输线和电路元件（如电
抗膜片、销钉、耦合微带、螺旋电感、各种传输结构的不连续性，
谐振器等等）的特性与其尺寸、形状、填充介质及工作频率有关，
有源器件的寄生参量效应在微波频段已十分严重，不容忽略。在
15
? 随着计算技术，元器件模型技术和精确的自动化 测试技术的发展，使原先只能用近似模型表示的 一些元器件可用比较精确的模型表示，从而使计 算机能较精确的模拟各种微波电路，通过人机对 话，使设计者能方便地改变电路参数，进行各种 模拟分析，这时计算机不再只是一种计算工具， 人们可以利用它试验各种设计思想。直到电路满 足预定特性。不过这时的CAD实质上只是一种 计算机辅助微波电路的分析即CAA 。后来最优 化设计与计算机辅助分析技术结合起来，使计算 机能根据分析结果自动修改电路元件参数，从而 使电路设计性能最优化 。这就是现代CAD概念16 。
CAD将是设计的唯一手段。
12
? 随着卫星通信，移动通信的蓬勃发展， 对微波电路小型化、标准化、模块化、 高成品率，提出了越来越高的要求，使 人们越来越依赖于CAD ，以免除烦琐调 测之苦，CAD成为微波工程师赖以生存 和发展的基本工具。
13
研究方法
微波电路CAD-重庆邮电大学-2
输入相位
i (t ) (i r )t
输出相位
o (t ) ( o r )t
瞬时角频差
e ( i o )
d e
误差相位 e (t ) i o ( i o )t
2.锁相与频率合成技术
鉴相器的功能：产生一个输出电压，此电压的平均分量
vd (t ) Ud sin e (t ) Ude (t )
④ 正弦鉴相器的鉴相灵敏度为： Ad
dvd d e
Ud
e 0
正弦鉴相器的灵敏度在数值上等于其最大输出电压
2.锁相与频率合成技术
正弦鉴相器的数学模型
vd (t ) Ud sin e (t )
模型两层含义 两输入相位相减
d e d i d o d i U d Ao AF ( P)sin e dt dt dt dt
d dt :
0
t
pe (t ) pi (t ) Ud Ao AF ( p)sin e (t )
2.锁相与频率合成技术
环路方程的含义: 用频率表示:
d e e (t ) —— 瞬时频差 dt d i i (t ) —— 输入固有频差 dt
当 时， AF () 0 低通特性
2.锁相与频率合成技术
无源比例积分滤波器
AF (s ) VC (s ) Vd (s ) R2 1 sC 1 sC 1 s 2 1 s ( 1 2 )
R1 R 2
时间常数 1 R1C ， 2 R 2C
vd (t ) Ud sin e (t ) Ud sin(i o )t
i
vi
鉴相器
微波电路CAD基础讲解
D P( ,)max 4 P( ,)av A
(总)波束范围 A(或波束立体角)由主瓣范围加上副瓣范围所 构成。 波束范围越小，则定向性越高。
天线增益 G kD
效率因子k(0 k 1)
3. 天线&微带天线
天线增益实际上是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。 天线增益是一个实际(或现实)参量。由于天线总有损耗
(天线或天线罩的欧姆损耗)，天线辐射功率比馈入功率总要 小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。有很多设 计良好的天线，其 k 值可以接近于1，但实际上G总是小于D且 以D为理想的最大值。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数
③天线效率
天线效率为天线辐射功率Pr与天线输入功率Pin(辐射功率Pr
微波电路CAD基础讲解
3. 天线&微带天线
天线基础
3. 天线&微带天线
天线基础
天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器。 接收端：将空间传播的电磁波转换为高频电流 发射端：将发射机的高频电流转换为空间电磁波
3. 天线&微带天线
天线基础
天线辐射电磁波原理
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射 的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如由于两导 线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消， 因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电 流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而 辐射较强。当导线的长度l远小于波长时，导线的电流很小， 辐射很微弱。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数 ⑥输入阻抗&驻波比
为使天线能获得最多的功率，应使天线与馈线匹配。因 此，当天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗时，天线获得 最大的功率。 驻波比(VSWR)：由于入射波能量传输到天线输入端未被全波 吸收（辐射）、产生反射波，迭加而成。
(总)波束范围 A(或波束立体角)由主瓣范围加上副瓣范围所 构成。 波束范围越小，则定向性越高。
天线增益 G kD
效率因子k(0 k 1)
3. 天线&微带天线
天线增益实际上是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。 天线增益是一个实际(或现实)参量。由于天线总有损耗
(天线或天线罩的欧姆损耗)，天线辐射功率比馈入功率总要 小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。有很多设 计良好的天线，其 k 值可以接近于1，但实际上G总是小于D且 以D为理想的最大值。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数
③天线效率
天线效率为天线辐射功率Pr与天线输入功率Pin(辐射功率Pr
微波电路CAD基础讲解
3. 天线&微带天线
天线基础
3. 天线&微带天线
天线基础
天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器。 接收端：将空间传播的电磁波转换为高频电流 发射端：将发射机的高频电流转换为空间电磁波
3. 天线&微带天线
天线基础
天线辐射电磁波原理
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射 的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如由于两导 线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消， 因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电 流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而 辐射较强。当导线的长度l远小于波长时，导线的电流很小， 辐射很微弱。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数 ⑥输入阻抗&驻波比
为使天线能获得最多的功率，应使天线与馈线匹配。因 此，当天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗时，天线获得 最大的功率。 驻波比(VSWR)：由于入射波能量传输到天线输入端未被全波 吸收（辐射）、产生反射波，迭加而成。
微波管CAD软件
4 .三维微波管模拟器套装
• 微波管模拟器MTSS系统框架
4.1 微波管设计环境MTDE
• MTDE是整个软件的人机交互接口，采用通 用Windows程序设计方法，使用户可以在很 短的时间掌握软件的使用。MTDE中集成了 三维实体建模、三维网格划分、三维显示及 后处理功能，如图所示。
4.1 微波管设计环境MTDE
• 数值建模和模拟技术已经成为了微波管设计 的有机组成部分。在设计一个新器件时，电 子枪、互作用电路和收集极等部件都需要模 拟和优化。在开发模拟软件的过程中，应引 入各相关学科的最新研究成果。 • 现在，计算机已经在向多核CPU方向发展， 研发多核并行计算版本的微波管CAD软件成 为发展趋势。
谢谢观看！
2.1 稳态电子轨迹模拟软件
• 目前，国内外已有大量的二维、三维电子枪 /收集极软件面世。这些软件可分为两类： 一类是稳态电子轨迹软件如EGUN、 DEMEOS、TRAK、UGUN；另一类是稳态 静电粒子模拟(PIC)软件如ARGUS、 AVGUN、MICHELLE等。
2.2 高频系统电磁特性分析软件
• 注波互作用计算过程动态显示窗口
3.5 周期永磁聚焦系统软件UESTC_PPM
• UESTC_PPM是磁系统设计软件，采用有限 差分法，用超松弛迭代法求解，求得相应参 数，如图所示。磁环的退磁曲线和极靴的磁 化曲线通过多个点拟合而成。
3.5 周期永磁聚焦系统软件UESTC_PPM
• 轴上磁场分布
• 美国海军实验室资助的CTLSS(cold-test and large-single simulator)是包含冷测和大 信号计算的软件，它将冷测软件和大信号计 算紧密联系在一起，大信号软件采用 CHRISTINE用于计算螺旋线行波管的注波 互作用。而高频电路冷测模块采用三维数值 计算方法，可处理各种复杂的几何结构(螺 旋线、耦合腔、速调管腔体、回旋速调管腔 体等)和损耗材料。
微波电路CAD-重庆邮电大学-1
1. 振荡器
压控振荡器
环形振荡器
特点与工作原理： 奇数个反相器构成的环路，利用每一级的时延形成振荡； 没有选频回路，输出方波。 控制频率方法： 控制反相器时延。
1. 振荡器
振荡器的频率稳定度
1. 振荡器
振荡器的频率稳定度
1. 振荡器
振荡器的频率稳定度
1. 振荡器
振荡器的频率稳定度
1. 振荡器
石英晶体振荡器 ⑷等效电路 单一石英片可以等效为一串联谐振电路。
1. 振荡器
石英晶体振荡器 ⑸谐振频率与电抗特性 两个谐振频率点，即串联谐振频率点和并联谐振频率点。
1. 振荡器
石英晶体振荡器 晶体谐振器的电抗特性
1. 振荡器
石英晶体振荡器 ⑹泛音特性
应用： 可以采用特定的切割方式加强 某次泛音；克服了工作频率很高时， 要求石英晶体片极薄而容易损坏的 缺点。
1. 振荡器
反馈型振荡器
起振条件
振荡器在平衡时的输出,是靠振荡器在接通电源瞬间产生 的电流突变以及电路内各种微弱噪声通过振荡环路内的选频 回路选频，循环地送入放大器放大和反馈而形成的。 ①振幅条件
即环路增益T>1，而且增益越大越易起振。
②相位条件 T ( j ) A( j) F ( j) 0 即环路增益的相位为0，满足正反馈条件。
——振荡器。 放大器，反馈网络，选频回路
引出两点：⑴振荡器基本组成 ⑵平衡条件
1. 振荡器
反馈型振荡器
平衡条件
环路增益T
1 ①振幅平衡： T AF
②相位平衡： T A F 2n (n 0,1, 2) 相位平衡条件决定了振荡频率 满足 ，因为只有在某一特殊频点 。 ，这就是振荡频率
微波工程CAD电子科技大学课件03如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
Working Coordnate System
• Working CS (HFSS)
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
工作坐标系－概述
CST MWS中有两套坐标系统
1. 全局坐标系（X，Y，Z）
什么是仿真模型？
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
导入模型？
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
HFSS的基本界面
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
工作坐标系－应用举例（1）
现用一立方体上倾斜圆柱的创建过程来举例说明WCS的用法
1. 全局坐标系下的立方体
2. 绕Z轴旋转30°
3. 激活WCS，选中顶面
4. 让WCS与顶面对齐
微波工程CAD电子科技大学续课件03 如何建立模型
工作坐标系－应用举例（2）
5. 选中顶点
6. 让WCS与顶点对齐
7. 选中棱边
微波工程CAD电子科技 大学课件03如何建立模
型
Working Coordnate System
• Working CS (HFSS)
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
工作坐标系－概述
CST MWS中有两套坐标系统
1. 全局坐标系（X，Y，Z）
什么是仿真模型？
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
导入模型？
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
HFSS的基本界面
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
微波工程CAD电子科技大学课件03 如何建立模型
工作坐标系－应用举例（1）
现用一立方体上倾斜圆柱的创建过程来举例说明WCS的用法
1. 全局坐标系下的立方体
2. 绕Z轴旋转30°
3. 激活WCS，选中顶面
4. 让WCS与顶面对齐
微波工程CAD电子科技大学续课件03 如何建立模型
工作坐标系－应用举例（2）
5. 选中顶点
6. 让WCS与顶点对齐
7. 选中棱边
微波工程CAD电子科技 大学课件03如何建立模
型
微波工程基础课件
案例四
总结词
该卫星导航系统在设计与实现过程中， 通过对定位算法和信号处理技术的优化， 提高了定位精度和可靠性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱVS
详细描述
该卫星导航系统在设计与实现过程中，采 用了先进的定位算法和信号处理技术，实 现了高精度、高可靠性的目标定位。同时， 通过对卫星信号接收质量的分析和优化， 提高了系统的抗干扰性能。此外，还通过 采用模块化设计方法，降低了系统复杂度， 提高了可维护性和可扩展性。
宽带宽和短波长的特点。
高增益特性
02 由于微波毫米波系统的传输距离较短，因此需要高定
向性和高增益的天线来提高信号接收效率。
干扰和噪声特性
03
由于微波毫米波系统的频带很宽，因此容易受到各种
干扰和噪声的影响，需要采取有效的措施进行抑制。
微波毫米波系统的应用领域
通信领域
01
利用微波毫米波系统的宽带和高速特性，可以实现大容量、高
介质谐振器参数
描述介质谐振器性能的参数，包括谐 振频率、品质因数、损耗角等。
PART 03
微波电子学基础
电子注与微波电场
电子注
在微波工程中，电子注指的是在强电场作用 下，具有足够动能的电子束。
微波电场
微波电场是一种交变电场，其频率在微波频 段。
电子注的驱动与控制
要点一
电子注驱动
通过在电子注通道中施加适当的高频电场，使电子注得到 加速。
微波工程的应用领域
雷达和通信
雷达是利用微波进行测距、定 位和跟踪的一种装置，而通信 则是利用微波进行信息传输的
一种方式。
导航
在飞机、船舶等交通工具中， 利用微波进行导航定位已经成 为了普遍的应用。
加热和干燥
微波工程CAD电子科技大学课件07批处理
批处理命令
例如：
D:\Ansoft_HFSS10\HFSS10\HFSS -batchsolve HFSSDesign1:Nominal "E:\LG_07\HFSS\新模型2次.hfss"
批处理命令选项
项目文件的路径
2-5
HFSS命令集
-BatchSave <project file name>
2-6
批处理命令举例
下面是一个计算磁控管EMI问题批处理命令的例子。 文件名：HFSS.BAT
2-7
HFSS命令集
-Distribute
分布计算批处理命令： 当可以并行处理时，批处理单个设置。目前，只用于批处理求解 参数扫描设置（ parametric setup ）。这个命令必须与批处理命 令（BatchSolve ）联合起来使用。 Example: C:\HFSS\hfss.exe -distribute –batchsolve HFSSDesign1:Optimetrics:ParametricSetup1 “C:\Project1.hfss”
运行指定的script文件。
2-9
HFSS命令集
-RunScriptAndExit <script file name>
运行指定的 script 运行结束时退出。
-scriptargs <scriptArguments>
添加选项到指定的script之中。这个命令可以与-RunScript 和 – RunScriptAndExit一起使用。
文件转存命令（无命令选项）： 在Linix环境运行HFSS 9.0版本的被执行文件时，首先要用这个 命令将9.0版本的被执行文件转换成10.0版本的被执行文件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Matrix Data
Data Management
Differential Pairs
Report Creation
Report Types
Mesh Overlay
Field Overlays
Import List Entry for Edit Sources
Edit Sources with Port Post-Processing
Example – Basis Functions & Iterative Solver
Solver Technology Overview
Example: Basis Order
Analytical Derivatives
Example: Analytical Derivatives for Sensitivity
Overlay Near and Far Field Plots on Geometry
Save Radiated Field Data Only
Streamline Plot
Post-Processing Variables
Advanced Meshing Features
Adaptive Meshing
Automatic Feature Removal
Material Override
Measure
User Interface Features
View Options
Model Tree Grouping
Viewing Clip Planes
Show Nets
User Interface Features
High Frequency Technique: Integral Equation (IE)
High Frequency Technique: Physical Optics
HFSS - Hybrid Solver
FEM Solver Technology Overview
Example – Basis Functions & Iterative Solver
Selection Options
Snapping Modes and Local Reference Positions
Boolean Operations
Chamfers and Fillets
Imprint/Imprint Projection
Geometry Wrapping
Automatic Feature Removal
Initial Mesh Overview
Dependent Solve Setup
Example: Dependent Solve Setup
Convergence Based on Multiple Output Variables
Curvilinear Elements
Advanced Solver Features
High Performance Computing
High Performance Computing (HPC)
HPC: Multi-Processing (MP)
HPC: Domain Decomposition (Meshed Based)
DDM Example: Cellular Base Station Array
HPC: Distributed Memory Matrix Solve (HFSS-IE)
HPC: Spectral Based (Frequency Sweeps)
HPC: Periodic (Finite Arrays)
Distributed Solve Option (DSO)
DSO for Geometry Variations
微波工程CAD
Chapter 3: Simulation Basics
电子科技大学 贾宝富 博士
User Interface Features
User Interface Features
Primitives
Polylines
Variables
Coordinate Systems
Selection Type
Remote Simulation Manager
HFSS – Advanced Simulation Technology
HFSS - Simulation Technology
High Frequency 来自echnique: Finite Elements (FEM)
High Frequency Technique: FEM Transient