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1、现代微波电路和器件设计1、概述,苏 涛2008年春,现代微波电路和器件设计,一、课程设置目的二、课程内容三、考核方法四、讨论,一、课程设置目的,“英雄无用武之地”理论与实践脱节,“书到用时方恨少”理论知识没有“掌握”,电磁场理论微波网络天线原理射频电子电路电子线路、高频、物理高数、矩阵论、线性代数、矢量分析、复变函数,“学以致用”理论和工程的“桥梁”没有建立，缺乏动手的能力和模仿的机会；学校只讲理论，公司只讲产品；理论知识的应用产生产品的过程往往被忽略；学习、模仿、思考、实践相对的，理论研究发展、数值算法分析中的创新过程比较引起注意；大家也比较“会”文章的发展创新；缺乏创新基础扎实，合理猜想，
2、大胆实践，谨慎操作！,早期的波导、场论 现代微波工程的分布电路分析 当今大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计，无需直接求助于电磁场分析； 当今微波工程师的基本工具是微波CAD软件和网络分析仪； 微波工程仍然离不开电磁学，学生仍将从揭示事务的本质中受益，但是把重点改变到微波电路分析和设计上来这一点是不容置疑的。 David M.Pozar微波工程,在一门有成效的微波工程课程中，应有两项重要内容：使用计算机辅助设计（CAD）模拟软件和微波实验训练。 David M.Pozar微波工程 Ansoft：HFSS, Designer, ePhysics,- CST Microwave Offi
3、ce IE3D ADS (Advanced Design System) FEKO QFDTD -,二、课程内容,微波器件和电路微波CAD软件典型器件设计的CAD范例设计理论 + CAD即不空谈理论，也不是CAD软件教学,微波器件和电路多种多样，丰富多彩术业有专精，现代分工越来越细典型器件：常用、有代表性、由简到繁注意理论应用，设计思想等,滤波器制造,有限元分析波导结构软件,大功率功放功率测试,集总元件器件,http:/,http:/,微波CAD软件，多种；应用领域、算法更有不同，各具特色；应用CAD的基础是“电磁场微波理论”；Ansoft HFSS，Ansoft Designer，Micro
4、wave OfficeCSTADS,Ansoft公司的软件产品，是通过高性能的设计和仿真评估电子产品及系统来帮助我们的客户提升竞争优势。高频产品：Ansoft Designer：全新的射频、微波及无线通信领域，电磁场、电路及系统仿真的综合解决方案。HFSS：三维高频电磁场分析软件。Nexxim：下一代频域和时域仿真器。信号完整性产品：Q3D Extractor：电磁参数自动提取工具。DesignSI：扩展Ansoft Designer设计平台在高性能信号完整性的应用软件。SIwave：高速PCB和高密度IC封装信号完整性和功率传输全波高密度分析工具。TPA：全自动三维封装信号完整性分析软件。,
5、机电产品：Maxwell2D：精确的二维电磁场分析，温度场，有限元分析软件。Maxwell3D：高精度电磁场，温度场，有限元分析软件。SIMPLORER：包含电路，机电系统，控制算法在内的多工程领域系统仿真软件。RMxprt：旋转电机设计专家。PExprt：开关电源设计软件。选项：AnsoftLinks：接口软件，可直接导入/出设计数据。Full-wave Spice：超宽带SPICE模型发生器。ePhysics：电磁应用中热和应力作用分析（中文网站错误）Optimetrics：参数化，敏感性及优化智能引擎。,Main FeaturesBroadband calculation of S-pa
6、rameter and antenna problems.Calculation of 3D eigenmodes.Modal Analysis: Improved S-parameter solver for extremely high resonant structures, based on 3D eigenmode calculation.Frequency domain solver with adaptive sampling.Powerful macro language (VBA), OLE automation server.Fast, accurate and memor
7、y efficient Finite Integration Method (FI-Method) with Perfect Boundary Approximation (PBA).Expert system based automatic mesh generation with 3D adaptive mesh refinement.Fully parametric 3D ACIS based solid and curve modeling.Import and Export of SAT, Step, CATIA, Pro/E, IGES or STL 3D CAD data.Imp
8、ort and Export of DXF 2D CAD data.Import GDSII and Gerber 2D CAD data.Import of voxel data models (Human Model Data).AR-Filter analysis for resonant structures.Farfield (2D, 3D, gain, angular beam width and more) and radar cross section (RCS) calculation.Efficient build-in optimizer. (Powell and Qua
9、si-Newton type, advanced multilevel interpolation schemes)Parameter Sweeps.Network Parameter Extraction.Spice Model Extraction,Welcome to Microwave Office, a powerful design and analysis tool for automating the high frequency design process. Unique to Microwave Office is its fully integrated solutio
10、n, which allows you to take designs from concept to production without ever leaving the Microwave Office design environment. You use Microwave Offices intuitive graphical interface to design circuits composed of schematics and electromagnetic (EM) structures from an extensive electrical model databa
11、se, and then generate layout representations of these designs. You can perform simulations using one of Microwave Offices simulation engines - a linear simulator, an advanced harmonic balance or Volterra-series nonlinear simulator, or a 3D-planar EM simulator (EMSight) - and display the output in a
12、wide variety of graphical forms based on your analysis needs. You can then tune or optimize the designs and your changes are automatically and immediately reflected in the layout. At the core of Microwave Offices technology is its advanced object-oriented approach. The Microwave Office software is c
13、ompact, fast, reliable, and easily enhanced with new technology as it becomes available.,两个问题？,综合还是优化 有了CAD软件，还需要理论综合和综合理论了吗？直接把任务交给计算机不是更简单 怎样学习CAD软件？遇到问题怎么办？,综合，还是优化,传统的滤波器设计，采用网络综合的方法。 所谓网络综合，在微波工程实用上指的是预先规定元器件特性而用网络去实现的一个过程。 它大致包括三个步骤：（1）提出目标，即理想响应；（2）选用可能的函数去逼近理想响应；（3）设法实现具有逼近函数特性的网络。 由于采用的逼近函数
14、不同，一般有Butterworth综合、Chebyshev综合、椭圆函数综合等滤波器设计方法。,综合，还是优化？,无论计算能力多么巨大，仿真软件如何优秀，单纯地依赖优化的方法仍然有其固有的局限性。 优化的方法需要确定优化的变量和代价函数，通常代价函数可以采用实际响应和理想响应的差距，而优化变量的确定就复杂得多，实际中常常是已确定网络的拓扑，优化元件值；或者已确定基本的结构优化物理尺寸等等。也就是说，无法凭空优化，而如何得到优化前预先确定的部分呢？,优化的代价可以分为两个部分：一是优化算法的代价；二是每次叠代计算代价函数的代价。采用全波电磁仿真软件虽然可以得到实际模型的响应，进而得到代价函数，但
15、该过程常常是费时费力的。优化过程中需要做全波仿真的次数越多，全波仿真的复杂度越大，设计工程的时间和复杂度就会越大。,即使假定可以优化得到最优解（在预先确定部分，比如拓扑结构的基础上），如何保证其最优解满足设计指标呢？,首先，采用综合的方法得到原理电路和网络拓扑，可以保证设计的可成功性；并且，根据原理电路得到的实际滤波器结构可以明确优化的变量和合理的初值（减少了优化次数）；继而，采用优化的方法可以修正实际结构响应函数与综合函数的差距，完成滤波器设计。 在整个设计过程中，全波电磁仿真是结构优化的基础，Ansoft软件等优秀的电磁全波仿真计算为我们提供了很好的选择。,综合优化,CAD软件的Help是学习的第一老师随软件的文档和例子网站上的更多的文档和例子第三方的教程、文档和例子技术支持猜测、实验和验证，“试着”使用软件,如何学习使用软件,三、考核方法,研究生课程应该如何考核？和本科，甚至高中等考试有何区别？督促、考察、筛选,开卷、论文,课程中的某点或某节的讨论自己感兴趣的相关课题报告课题研究论文完整、工整有内容、有想法答 辩,四、讨论,Any Problem？,
