Обзор Microwave Office

В 1998 года компания Applied Wave Research представила интегрированный пакет Microwave Office, который может в корне изменить расстановку сил на рынке САПР для высокочастотных и сверхвысокочастотных устройств (СВЧ). Он позволяет промоделировать в течение нескольких минут то, на что раньше при использовании других систем САПР уходили часы. Более того, Microwave Office дешевле их и позволяет получать более точный результат.

Компания AWR основана в 1994 году. Она специализируется на разработке САПР для СВЧ-оборудования (сотовые телефоны, пейджеры, локальные системы спутникового цифрового вещания (DBS) и т.п.). Во главе компании AWR стоят известные личности, тесно связанные с проектом EEsof. Это вице-президент и действующий исполнительный директор Тед Миракко, первый вице-президент компании EEsof, человек разработавший и претворивший в жизнь всеобъемлющую стратегию компании в области коммерческих коммуникаций; основатель и президент компании доктор Джозеф Пекарек, названный Тедом Миракко "гением программирования", который опираясь на десятилетний опыт работы в области разработки СВЧ оборудования и объектно-ориентированного программирования создал основу технологии компании AWR.

Компания AWR обратилась к разработке САПР СВЧ - устройств, так как именно в этой области ощущается дефицит современных систем. Большинство из используемых ныне программ моделирования СВЧ-оборудования было разработано в 70-х и 80-х годах и предназначались для работы в OC UNIX, лишь затем адапрированы для Windows (как следствие - низкая производительность при работе в Windows).

AWR изначально ориентировалась на ОС Windows 95 и NT, использовала объектно-ориентированное программирование, что позволило создать программный продукт опимальный во всех отношениях: высокопроизводительный, легкий в использовании, с высокой степенью интеграции.

-***-

Microwave Office включает в себя два модуля:

Voltaire XL - пакет моделирования линейных и нелинейных схем.

EMSight - система трехмерного электромагнитного моделирования.

Voltaire XL - пакет моделирования линейных и нелинейных схем.

Voltaire XL является пакетом моделирования линейных и нелинейных схем и использует следующие методы:

-одночастотный и многочастотный метод гармонического баланса для анализа нелинейных схем;

-ряды Вольтерра (статические и параметрические);

-анализ смесителей (также называемый конверсионно-матричным анализом);

-высокоскоростной метод линейного анализа;

-высокоскоростной метод шумового анализа,

-интегрированную систему ввода схем со встроенной поддержкой файлов описания систем Spice и MMICAD.

В будущем в пакет будут добавлены такие возможности, как нелинейный анализ генераторов, нелинейный шумовой анализ, включая анализ фазовых шумов и шумов смесителей, а также нелинейный анализ устойчивости.

В то время, как существующие реализации метода гармонического баланса построены на базе кода, разработанного для схемотехнического анализа низкочастотных аналоговых схем, пакет Voltaire XL был разработан исключительно для высокочастотных и сверхвысокочастотных приложений. Это делает его значительно быстрее всех существующих продуктов. Например, стало возможным используя метод гармонического баланса настраивать несложные нелинейные схемы фактически в реальном времени.

Многие из возможностей пакета Voltaire XL просто недоступны в существующих системах моделирования. Например, применение рядов Вольтерра, являющихся самым быстрым методом анализа интермодуляционных искажений (IM) в приближенно-линейных схемах позволяет увеличить скорость анализа в 10 - 100 раз по сравнению с методом гармонического баланса. Более того, анализ на основе рядов Вольтерра легко интегрируется с методом линейного анализа, что позволяет оптимизировать коэффициент шума и такие линейные характеристики, как коэффициент передачи, КСВ входов, одновременно с уровнем интермодуляционных составляющих.

Для анализа интермодуляции в смесителях пакет Voltaire XL использует изменяющиеся во времени ряды Вольтерра. Это единственный точный и реальный способ решить эту задачу.

Однако многочастотный метод гармонического баланса не сдает своих позиций и Voltaire XL поддерживает его, но в отличие от других продуктов предлагает более быстрое решение за счет использования самой современной технологии моделирования.

Линейный, нелинейный и шумовой методы анализа реализуются в пакете Voltaire XL чрезвычайно эффективно. Высокая скорость здесь является следствием объектно-ориентированного подхода, а также следствием того, что система уравнений формируется непосредственно из схематического представления без дополнительного преобразования списка соединений схемы в файл.

В результате, пользователи имеют возможность настраивать и оптимизировать параметры схем в режиме реального времени. Это - одна из наиболее примечательных способностей продукта Voltaire XL. Вы можете использовать инструмент slider, чтобы изменить, например, длину шлейфа, и наблюдать изменение отклика схемы на диаграмме Смита или прямоугольных графиках в зависимости от того, как вы двигаете инструмент.

Модуль линейного анализа в частотной области включает обширную библиотеку моделей (более 450) сосредоточенных и распределенных элементов. Сюда входят полосковые, микрополосковые и копланарные, а также многие другие распространенные элементы, используемые для построения высокочастотных схем. В настоящее время также выпущена "чисто линейная" версия продукта, носящая название Voltaire LS.

В случаях, когда правильная модель используемого устройства отсутствует или эффект близкого расположения элементов подрывает точность модели, пользователи могут обратиться к пакету EMSight для проведения полного электромагнитного анализа.

EMSight включают в себя: двунаправленный DXF и GDSII транслятор; внутренние порты (для контроля напряжения и тока); дополнительные возможности для расчета антенн: анимационное представление поля в дальней зоне, введение измерительного зонда, построение диаграмм направленности в дальней зоне (RHCP, LHCP, EPHi и ETheta); новый способ вывода параметров антенн; создание ее эквивалентной схемы замещения на сосредоточенных элементах (вывод в виде списка соединений в формате Spice); простой симулятор линейных схем; ускорение процесса моделирования; улучшенная визуализация полученных результатов и учет различных взаимовлияний.

Главной проблемой всех существующих систем САПР является медленный переход к новым технологиям. Microwave Office написан на объектно-ориентированном языке С++, он может легко включать в себя по мере появления новые методы моделирования. Microwave Office работает под управлением 32-разрядных ОС, таких как Windows 95 и Windows NT. Пакет оптимизирован для работы с этими ОС, а не переделан под них, как это практиковалось ранее. Это позволяет эффективно использовать Voltaire XL, EMSight на недорогих РС на базе процессоров Pentium.

Microwave Office включает EMSight v.2.0 и принципиально новый пакет линейного и нелинейного анализа VoltaireXL. Система работает под управлением ОС Windows 95 и Windows NT.

Система электромагнитного моделирования EMSight

EMSight v.2.0 - Пакет полного электромагнитного моделирования СВЧ систем. Представляет собой графическую среду для быстрого анализа электромагнитного поведения различных структур, которые часто встречаются в высокочастотных интегральных схемах (RFIC), монолитных СВЧ микросхемах (MMIC), микрополосковых антеннах и высокоскоростных цифровых печатных платах.

Система EMSight при расчетах использует метод моментов Галеркина, который, по мнению разработчиков, представляет собой наиболее точный и устойчивый алгоритм электромагнитного анализа. Структура анализируется внутри ограниченной многослойной области прямоугольной формы, причем боковые границы области всегда представляются как идеальные проводники, в то время как верхняя и нижняя границы могут иметь потери. Количество анализируемых слоев, межслойных соединений и внешних портов неограничено.

Для анализа СВЧ структур в диапазоне частот применен метод быстрого свипирования по частоте (FFS), который позволяет на порядок сократить время моделирования по сравнению с обычным методом последовательного перебора частотных точек.

Метод FFS позволяет экстраполировать частотную характеристику структуры в широком диапазоне частот на основании ее значения всего на одной частоте в силу аналитической природы линейных электромагнитных задач. Метод FFS вычисляет передаточную функцию схемы и ее производные по частоте, причем порядок дифференцирования определяется пользователем (не более 12). Передаточная функция, а также ее производные используются для вычисления доминирующего полюса и нуля передаточной функции вблизи частот анализа. Тем самым для относительно простых структур, размеры которых меньше длины волны, обеспечивается точная экстрaполяция частотной характеристики в широкой полосе частот.

Точное описание в широкой полосе частот частотных характеристик структур с острыми резонансами или структур, размеры которых соизмеримы с длиной волны, требует большего количества полюсов и нулей передаточной функции. В этом случае увеличивается число анализируемых частот.

В целом алгоритм FFS дает малую ошибку экстраполяции, однако возможны случаи, когда передаточная характеристика рассчитывается неправильно. При этом важно вовремя распознать неправильный результат и применить метод последовательного перебора значений частот.

Мощные графические возможности системы EMSight позволяют пользователю наблюдать цветное трехмерное анимационное изображение токов высокой частоты, на котором отображается не только амплитуда, но и направление этих токов, что позволяет получить новое представление о поведении СВЧ структур. Кроме того, имеются широкий набор "традиционного" представления расчетных данных, такие как диаграммы Смита, графики в прямоугольной и полярной системах координат и таблицы данных.

Благодаря встроенному интерфейсу импорта/экспорта пакет может сохранять данные в стандартных форматах промышленных систем, например Touchstone, что делает возможным использование их другими популярными системами линейного и нелинейного анализа производства компаний Ansoft, HP EEsof, Optotek и др. Также EMSight импортирует и экспортирует файлы системы Sonnet Geo, что делает его идеальным графическим редактором для пользователей системы Sonnet EM.

Пакет EMSight является первым продуктом среди систем моделирования и автоматизированного проектирования, основанным на объектно-ориентированной среде разработки компании AWR.

Дополнения в новую версию EMSight включают в себя: двунаправленные трансляторы форматов DXF и GDSII; возможность использования внутренних портов; простой моделировщик линейных схем, позволяющий анализировать соединение нескольких СВЧ структур, а также добавлять в них сосредоточенные элементы; ускорение процесса моделирования; улучшенная визуализация полученных результатов и учет различных взаимовлияний; дополнительные возможности проектирования антенн [анимационное представление поля в дальней зоне, введение измерительного зонда, построение диаграмм направленности в дальней зоне (RHCP, LHCP, EPHi и ETheta), создание эквивалентной схемы замещения антенны на сосредоточенных элементах (вывод в виде списка соединений в формате Spice)].

Для инженеров, кто работает с цифровой и низкочастотной техникой необходимо определить круг задач, попадающий под термин «СВЧ проектирование».

С ростом частоты колебания его длина волны становится соизмеримой, а затем и много меньшей относительно физических размеров печатных плат. В этом случае заземления элементов перестают быть «честной землей», топология разветвления, ширина и длина проводников становятся критичной для параметров устройства. Важным становится значение импеданса тракта.

В низкочастотной технике обычно моделируются только физические эффекты, но никак не топологический эквивалент схемы, в то время как вся суть СВЧ схемы зависит от физического расположения, а не от номиналов элементов. Если моделирование системой SPICE или аналогичными ей больше не дает разработчику уверенность в том, что его система правильно заработает после изготовления, необходимо воспользоваться инструментами СВЧ проектирования.

В чем их отличие?

Инструменты СВЧ проектирования работают прежде всего в частотной области.

Они позволяют разработчику смоделировать эффекты, связанные с изменением частоты, оптимизировать проект, с целью подавить эти эффекты или использовать их себе на пользу. Эти инструменты представляют собой практическую альтернативу изготовлению схем-прототипов, значительно ускоряют регулировку, а также помогают понять суть возникающих проблем.

Ряд компаний уже долгое время работают в области разработки программного обеспечения для моделирования СВЧ устройств.

Среди прочих можно отметить следующие компании:

Hewlett-Packard с интегрированным пакетом HP Advanced Design System, Momentum.

Ansoft с набором модулей для решения различных задач Maxwell EM, HFSS, Microwave Explorer, Serenade.

Eagleware с интегрированным пакетом GENESYS.

Zeland Software с пакетом электромагнитного моделирования IE3D.

Некоторые из этих программ позволяют решать только узкие задачи проектирования СВЧ устройств, другие представляют собой интегрированные среды проектирования, позволяющие моделировать как отдельные узлы, так и сложные радиотехнические системы с учетом всех линейных, нелинейных и электродинамических эффектов.

Первый продукт EMSight был выпущен в ноябре 1997 года.

Исходной предпосылкой создания новой системы проектирования было то, что большинство известных программ было разработано в 70-х и 80-х годах, и на сегодняшний день они претерпели лишь незначительные изменения.

Кроме того, эти программы были изначально разработаны для рабочих станций на базе OC UNIX, поэтому, будучи перенесенными на РС, они являются достаточно медленными и трудными в использовании.

С появлением новой версии ядро программы оставалось старым, модификация же, как правило, сводилась к добавлению вспомогательных процедур для решения узких задач проектирования, а также к разработке пользовательского интерфейса, пытающегося догнать возможности очередной версии Windows.

Компания AWR поставила перед собой задачу построить систему проектирования с открытой архитектурой, объединяющую самые передовые и перспективные методы моделирования, резко повысить скорость анализа.

Компания AWR начала разработку своих продуктов с создания принципиально новой среды проектирования, которая бы опиралась на аппаратную платформу PC, операционные системы Windows 95 и NT, а также использовала только самые передовые методы объектно-ориентированного программирования.

Программное обеспечение компании базируется на стандартной модели составных компонентов Microsoft, поддерживает технологию связывания и внедрения объектов OLE, допускает подключение пользовательских объектов в виде динамических библиотек DLL.

Все это позволило создать единый интуитивный пользовательский интерфейс для всех модулей анализа и обеспечить его совместимость с приложениями Microsoft Office.

Для решения задач моделирования в продуктах используется собственная библиотека High Math Object Library.

Первым продуктом компании, была система трехмерного электромагнитного моделирования EMSight, затем была разработана программа нелинейного анализа VoltaireXL и его линейная версия VoltaireLS.

Новый продукт, который здесь описывается, носит название Microwave Office и представляет собой результат творческого осмысления всей кропотливой работы, проделанной компанией с момента своего образования.

Он органично объединяет в себе новые версии пакетов анализа СВЧ схем EMSight 2.0 и VoltaireXL, которые были ранее доступны только как отдельные модули.

То, что компания изначально ориентировалась на ОС Windows 95 и NT, позволило сфокусировать основное внимание на разработке алгоритмов анализа и не тратить время на разработку оригинального пользовательского интерфейса.

Продукты компании внешне ничем не отличаются от множества Windows-программ, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Интерфейс пакета также легок в использовании и интуитивен, как и привычный всем Microsoft Office.

Основное окно среды проектирования разделено на две части: окно просмотра

проекта и рабочий стол. В верхней части основного окна расположено выпадающее

меню, в котором заложены основные функции и команды работы с проектом, а также

панели инструментов, вид и состав которых "интеллектуально" меняется в

зависимости от действия, выполняемого пользователем в данный момент времени.

Окно просмотра проекта содержит три вкладки: Project (проект), Elements

(элементы) и Variables (переменные).

На вкладке Project отображается дерево групп и модулей, которые уже используются, а также могут быть использованы в данном проекте. Сюда входят:

модуль задания фундаментальных частот проекта, модуль глобальных выражений,

модуль использования внешних файлов данных, группа используемых схематических

модулей, группа используемых электромагнитных структур, список применяемых

проводящих материалов, модуль выходных соотношений, группа отображения

результатов анализа, группа оптимизации и список выходных файлов.

При двойном щелчке на каждой из групп, в случае, если группа не пустая, на

дереве проекта отображается список модулей используемых данной группой. Двойной

щелчок на каждом модуле открывает соответствующее окно просмотра на рабочем

столе Microwave Office или диалоговое окно, руководящее последующими действиями

пользователя. Удобной подсказкой являются также контекстные меню, появляющиеся

при нажатии правой клавиши мыши на любом объекте проекта и предлагающие на выбор

список возможных дальнейших действий.

На вкладке Elements отображается дерево используемых библиотек "зашитых" моделей элементов построения схематических модулей: портов, источников, сосредоточенных и распределенных, линейных и нелинейных, идеальных и неидеальных элементов, а также внешних импортируемых библиотек моделей и подсхем.

Все модели объединены в соответствующие группы, содержание которых отражается в нижней части вкладки.

Добавление того или иного элемента в схему проекта производится привычным методом Drag-and-Drop (возьми-и-брось), а редактирование параметров - или в списке прямо на схеме, или в специальном диалоговом окне, открывающемся при двойном щелчке на элементе.

Контекстное меню, появляющееся при нажатии правой клавиши на библиотечном элементе, подсказывает возможные действия над ним, а также содержит команду вызова справки об этом элементе.

На вкладке Variables отображается полный список переменных, используемых в проекте, а также их статус, например, возможность изменения при оптимизации или при работе с инструментом Tuner.

При работе со схематическим модулем на рабочем столе пакета появляется соответствующее окно, изменяется состав основного меню и панелей инструментов.

Здесь присутствуют наиболее часто встречающиеся элементы схем, кнопки управления масштабированием схемы, а также инструмент Tuner.

Аналогичные действия происходят при переключении на модуль электромагнитной структуры. Инструмент Tuner здесь отсутствует, но присутствуют команды прорисовки полигонов и межслойных соединений из различных проводящих материалов на различных слоях. Кроме того, имеется возможность просмотра трехмерного изображения исследуемой структуры, а также анимационного отображения рассчитанных токов.

Группа отображения результатов предлагает наглядную демонстрацию результатов расчета на диаграммах различного типа в зависимости от выбранного типа анализа.

Здесь возможно простое отображение S-параметров схем на диаграммах Смита, графиках в прямоугольных и полярных координатах, а также более сложная прорисовка форм и спектров сигналов в различных точках схемы или диаграмм направленности антенн, да еще и в диапазоне частот.

Заметим также, что именно эта группа, совместно с используемыми моделями элементов и сигнальных портов, является определяющей при выборе того метода анализа, который будет использоваться в вашем проекте. Кроме того, в одном проекте могут комбинироваться различные методы анализа, а их результаты отражаться на одних и тех же графиках.

Группа оптимизации содержит список назначенных целей оптимизации текущей схемы. Под целью оптимизации здесь подразумевается некоторая граница изменения какой-либо характеристики анализируемой схемы, к которой должен стремиться выбранный метод оптимизации при изменении определенных параметров элементов.

Каждая введенная цель оптимизации сразу же отображается на соответствующем графике, что позволяет в последующем легко проверить ее параметры, а также легко изменить их тут же на графике с помощью мыши.

Программа моделирования линейных или квази-линейных схем компании AWR носит название VoltaireLS. Она прочно интегрирована в систему Microwave Office и активируется каждый раз, когда запрашиваются результаты анализа, которые можно получить без использования нелинейных моделей.

Наиболее распространенной линейной задачей является расчет частотных характеристик пассивных устройств или малосигнальный анализ активных устройств с использованием линеаризованных библиотечных моделей активных элементов.

Такой анализ, как правило, проводится очень быстро. Например, расчет частотных характеристик фильтра на пяти связных микрополосковых линиях занимает менее секунды.

При добавлении какой-либо новой зависимости к отображаемым результатам, в общем случае, не требуется повторного перезапуска системы на расчет - она сразу появится на графике. Однако перезапуск понадобится, если эта зависимость выходит за рамки ранее выбранного метода анализа.

При работе с линейными схемами наиболее полно раскрываются все возможности

такого удобного инструмента, как Tuner. Подобные инструменты имеются в продуктах компаний Hewlett-Packard и Ansoft, но только здесь достигается столь высокая наглядность его действия, основанная на непревзойденной скорости анализа.

Дело в том, что пакеты ADS и Serenada имеют программное ядро анализа, построенное по стандарту системы SPICE. Т.е. графическое представление схемы после проверки преобразуется в стандартный список соединений - текстовый файл, а уже потом определенная процедура запускает этот файл на расчет. Результаты анализа выводятся также в текстовый файл в стандартной форме, считываются графической оболочкой и отображаются соответствующим образом.

В пакете Microwave Office, за счет использования объектно-ориентированного подхода, система уравнений формируется непосредственно из схематического представления проекта без дополнительного преобразования в файл списка соединений.

При назначении того или иного параметра элемента схемы на изменение не происходит никаких лишних действий со схемой, а значит, отклик схемы на изменение положения движка инструмента Tuner происходит почти мгновенно. Чем быстрее рассчитывается схема, тем динамичней и наглядней отображается полученная характеристика.

Наличие инструмента Tuner может оказаться весьма полезным для учебных заведений, так как он позволяет наглядно демонстрировать поведение системы в зависимости от изменения того или иного номинала элемента или какого-либо физического параметра и, тем самым, глубже понять сущность исследуемых физических явлений.

Программа нелинейного анализа компании AWR называется VoltaireXL. Она также

глубоко интегрирована в систему Microwave Office, как и линейный VoltaireLS, и активируется всякий раз, когда на отображение назначаются результаты нелинейного анализа, или когда в приближенно линейной задаче какой-либо параметр схемы требует нелинейного расчета.

В основе программы нелинейного анализа пакета Microwave Office лежит метод гармонического баланса. Изначально этот метод был разработан в Калифорнийском университете в Беркли, в дальнейшем он был значительно усовершенствован и адаптирован для использования в современных программах.

Традиционно метод гармонического баланса делит анализируемую схему на две подсхемы: линейную и нелинейную, в каждой из которых содержатся только соответствующие элементы. Между собой подсхемы соединяются множеством портов.

Напряжения в этих портах на нулевой частоте, фундаментальной частоте и ее гармониках рассматриваются как переменные. В процессе расчета методом гармонического баланса итерационно находится такой набор этих напряжений, который удовлетворяет системе линейных уравнений линейной подсхемы (обычно это многовходовая матрица полных проводимостей), и системе нелинейных уравнений, описывающей нелинейную подсхему.

Система линейных уравнений легко решаются в частотной области, однако, нелинейные уравнения требуют решения во временной области. Величины в частотной и временной областях связаны между собой преобразованием Фурье.

Все предшествующие реализации метода гармонического баланса были разработаны для схемотехнического анализа низкочастотных аналоговых схем, поэтому при создании пакета Microwave Office компанией Applied Wave Research были приложены большие усилия, направленные на оптимизацию метода исключительно для высокочастотных и сверхвысокочастотных приложений.

Именно это делает его значительно быстрее всех существующих продуктов.

Например, здесь стало возможно настраивать несложные нелинейные схемы, используя метод гармонического баланса, фактически в реальном времени. Кроме того, основные модели элементов специально адаптированы для использования в методах нелинейного анализа. Например, узел между двумя последовательно включенными конденсаторами никогда не окажется неопределенным по постоянному току, как это было ранее в некоторых подобных программах.

Типичным примером нелинейного анализа и последующей оптимизации схемы может

служить проект усилителя на полевом транзисторе. Проект разбит на две части одна часть используется для определения стандартных выходных характеристик транзистора, другая - непосредственно для анализа усилителя.

В результате расчета помимо спектра и формы сигнала на выходе усилителя, получается динамическая нагрузочная характеристика, которая отображается на одном графике с выходными характеристиками транзистора.

Использование инструмента Tuner здесь позволяет в реальном масштабе времени отслеживать изменение характеристик при изменении любого номинала элемента схемы или параметра транзистора.

Многие из возможностей пакета Microwave Office недоступны в существующих системах моделирования. Например, применение рядов Вольтерра, являющихся самым быстрым методом анализа интермодуляционных искажений (IM) в приближенно-линейных схемах позволяет увеличить скорость анализа в 10 - 100 раз по сравнению с методом гармонического баланса.

Уровень интермодуляционных составляющих при этом может быть определен намного точнее, так как они не теряются в цифровом шуме преобразования Фурье, как это происходит при многочастотном анализе методом гармонического баланса.

Более того, анализ на основе рядов Вольтерра легко интегрируется с методом линейного анализа, что позволяет оптимизировать коэффициент шума и такие линейные характеристики, как коэффициент передачи, КСВ входов, одновременно с уровнем интермодуляционных составляющих, что чрезвычайно полезно при разработке телекоммуникационных систем.

Помимо упомянутых выше одночастотного и многочастотного методов гармонического баланса, метода рядов Вольтерра (статического и изменяющегося во времени), в пакете Microwave Office используется конверсионно-матричный анализ смесителей, нелинейный анализ генераторов, быстрый метод нелинейного анализа шумов, включая анализ фазовых шумов и шумов смесителей, а также нелинейный анализ устойчивости.

Не смотря на то, в библиотеках пакета содержится более 450 линейных и нелинейных моделей элементов, всегда может оказаться, что правильная модель используемого устройства отсутствует или эффект близкого расположения элементов подрывает точность уже имеющейся. В этом случае, пользователи могут обратиться к третьему компоненту пакета Microwave Office - модулю полногоэлектродинамического анализа.

Здесь для анализа поведения электромагнитных структур используется метод моментов Галеркина, который, по мнению разработчиков пакета, представляет собой точный и устойчивый алгоритм электромагнитного анализа.

Структура, построенная из набора проводящих и резистивных полигонов, а также межслойных соединений произвольной геометрической формы, анализируется внутри ограниченной многослойной области прямоугольной формы.

Боковые границы этой области всегда идеально проводящие, а верхняя и нижняя границы могут быть заданы тремя различными способами: проводящая поверхность с потерями (или без них), эквивалент открытого пространства и бесконечного волновода. Количество анализируемых слоев, межслойных соединений и внешних портов теоретически неограниченно.

Для анализа СВЧ структур в широком диапазоне частот в системе применен передовой метод быстрого частотного свипирования (FFS), который позволяет на порядок сократить время моделирования по сравнению с обычным методом последовательного перебора частотных точек.

Алгоритм метода FFS позволяет экстраполировать частотную характеристику структуры в широком диапазоне частот всего по одной частотной точке в силу аналитической природы линейных электромагнитных задач.

Алгоритм FFS вычисляет передаточную функцию схемы и ее производные по частоте, причем порядок дифференцирования определяется пользователем (не более 12). Все это затем используется для вычисления доминирующих полюсов и нулей передаточной функции вблизи частот анализа. Для относительно простых структур, размеры которых меньше длинны волны, доминирующие полюса и нули передаточной функции обеспечивают точную экстрaполяцию частотной характеристики в широкой полосе частот.

При анализе структур с острыми резонансами, а также структур, размеры которых соизмеримы с длиной волны, для точного описания частотной характеристики в широкой полосе частот, потребуется большее количество полюсов и нулей передаточной функции. В этом случае решить задачу позволяет увеличение количества анализируемых частотных точек (не более 4).

Мощные графические возможности модуля электродинамического анализа позволяют пользователю наблюдать цветное трехмерное анимационное изображение токов высокой частоты, на котором отображается не только амплитуда, но и направление этих токов, что позволяет получить новое представление о поведении СВЧ структур.

Значительное внимание в пакете уделяется анализу СВЧ антенн. Как правило, это плоские микрополосковые антенны, однако ничто не мешает моделировать более сложные объемные излучающие структуры в виде комбинации полигонов и проводящих межслойных соединений, не забывая соблюдать основное правило - толщина каждого такого слоя должна быть много меньше длины волны.

Помимо передаточных характеристик, в результате расчета возможно построение диаграмм направленности в дальней зоне (RHCP, LHCP, EPhi и ETheta) на разных частотах. При наличии внешних цепей запитки антенны, построенных на основе библиотечных моделей, возможно применение инструмента Tuner для отслеживания изменения диаграммы направленности антенны от параметров этих цепей.

Выглядеть, однако, это будет не столь эффектно, как в простых линейных или нелинейных задачах, так как электродинамический анализ занимает обычно несколько минут.

В дополнение ко всему выше сказанному, в пакете имеется возможность синтеза эквивалентной схемы замещения антенны на сосредоточенных элементах и вывода ее в виде списка соединений в формате SPICE.

Для удобства использования электромагнитных модулей в них можно вводить так называемые внутренние порты.

Обычно они используются для включения в электродинамически анализируемую подложку СВЧ интегральной схемы внешней модели кристалла полевого транзистора или для подключения микрополосковой антенны к симметричной линии, так как в этих случаях оба вывода порта остаются незаземленными.

В изображенном на слайде примере подсхема на основе электромагнитной структуры кристалла полевого СВЧ транзистора уточняет частотные характеристики его библиотечной модели, определяющей в основном усилительные свойства.

Все описанные выше методы анализа, используемые в пакете Microwave Office, органично связаны между собой в рамках единой программной оболочки без каких-либо дополнительных мер со стороны пользователя.

Возможности построения схематических модулей допускают многократное вложение подсхем различных типов, будь то линейные цепи согласования, нелинейные активные устройства или объемные электромагнитные структуры. Кроме того, возможно использование в виде подсхемы стандартного списка соединений SPICE и к параметрам такой подсхемы можно применять инструмент Tuner.

Благодаря встроенным интерфейсам импорта и экспорта, пакет может обмениваться данными в таких распространенных промышленных форматах, как Touchstone, что делает возможным использование их другими популярными системами линейного и нелинейного анализа производства компаний Ansoft, Hewlett-Packard и др.

Модуль электродинамического анализа, помимо собственного графического редактора для прорисовки электромагнитных структур, имеет двунаправленные трансляторы форматов DXF и GDSII, а также позволяет производить импорт и экспорт файлов системы Sonnet Geo, что делает его идеальным графическим редактором для пользователей системы Sonnet EM.

Пакет Microwave Office-2000, благодаря блоку LAYOUT является законченной сквозной системой СВЧ проектирования.

Если спроектированную электромагнитную структуру можно экспортировать для дальнейшего технологического цикла, то автоматически прорисовать разработанную микрополосковую топологию схемы на библиотечных элементах сейчас невозможно.

Модуль LAYOUT позволяет производить трассировку схем с учетом используемых топологических моделей.

Отдельно хотелось бы отметить правильную маркетинговую политику компании Applied Wave Research. В то время как демоверсия Serenade содержит малое количество примеров и не позволяет как-либо изменять их, компания Hewlett-Packard вообще не предоставляет демоверсий своих продуктов, утверждая, что они в рекламе не нуждаются, оценочная версия пакета Microwave Office свободно распространяется через Интернет всем заинтересованным лицам.

Кроме того, максимальная цена пакета заметно отличается от цен на продукты конкурентов, а гибкая система скидок для учебных заведений позволяет уже со студенческих лет приучить инженеров пользоваться им.

Свободно распространяемая демоверсия пакета Microwave Office в тоже время является и полнофункциональной версией. При регистрации инсталляции через офис компании пользователю в ответ на его индивидуальный код выдается лицензионный код, определяющий вид приобретенной лицензии. В случае приобретения бесплатной оценочной версии продукта, программа работает в течение месяца, после чего блокируется и просит повторить процедуру регистрации сначала уже с новыми кодами.

Пакет Microwave Office предназначен для установки на компьютеры с весьма скромной системной конфигурацией.

При решении линейных и нелинейных задач продукт будет вполне приемлемо работать на системе с процессором Pentium 133 с ОЗУ 32 Мбайт, однако для решения сложных электродинамических задач рекомендуется Pentium II и ОЗУ 124 Мбайт.

Возможна установка пакета как на отдельный компьютер, так и на сервер локальной сети с числом клиентов до 20, что позволяет эффективно использовать всего одну лицензионную копию продукта для учебного процесса в дисплейном классе.

В настоящий момент компания AWR предлагает две версии пакета: линейную Microwave Office LS/EM по цене $20000 и нелинейную Microwave Office LS/XL/EM по цене $30450.

Стоимость одной лицензии для учебных заведений составляет $3754.

Для получения дополнительной информации можно связаться как непосредственнос компанией Applied Wave Research по адресу www.appwave.com, так и с еероссийским эксклюзивным дистрибьютором - фирмой "Родник-Софт", по телефону 113-70-01 и адресу www.rodnik.ru.

EMSIGHT идеален для анализа электромагнитного поля произвольных многослойных структур. EMSIGHT может анализировать цепи с неограниченном числом слоев и неограниченном числом портов, включая перемычки связи. Схема всегда анализируется внутри прямоугольного корпуса. Cтенки корпуса считаются идеальными проводниками, в то время как вершина и дно корпуса может быть поверхностным проводником, резистивной поверхностью или бесконечным волноводом. Для того, чтобы выполнить анализ антенны, граничные условия устанавливаются достаточно далеко из антенной структуры, чтобы не влиять на неё.

Ячейка разбиения имеет переменный размер и автоматически генерируется так, что мелкие ячейки генерируются в местах, где имеются большие изменения плотности тока, а большие ячейки - в местах с более однородными изменениями тока. Пользователь может управлять ячейкой, увеличивая плотность