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各⼤仿真软件介绍（包括算法，原理）

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1．引⾔

微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越⾼，电路的功能越来越多，电路的尺⼨要求越做越⼩，⽽设计周期却越来越短。传统的设计⽅法已经不能

满⾜系统设计的需要，使⽤微波EDA软件⼯具进⾏微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。随着单⽚集成电路技术的不断发

展，GaAs、硅为基础的微波、毫⽶波单⽚集成电路（MIMIC）和超⾼速单⽚集成电路（VHSIC）都⾯临着⼀个崭新的发展阶段，电路的设计与⼯艺研制⽈益复

杂化，如何进⼀步提⾼电路性能、降低成本，缩短电路的研制周期，已经成为电路设计的⼀个焦点，⽽EDA技术是设计的关键。EDA技术的范畴包括电⼦⼯程设

计师进⾏产品开发的全过程，以及电⼦产品⽣产过程中期望由计算机提供的各种辅助功能。⼀⽅⾯EDA技术可为系统级、电路级和物理实现级三个层次上的辅助

设计过程，另⼀⽅⾯EDA技术应包括电⼦线路从低频到⾼频，从线性到⾮线性，从模拟到数字，从分⽴电路到集成电路的全部设计过程[1-2]。

随着⽆线和有线设计向更⾼频率的发展和电路复杂性的增加，对于⾼频电磁场的仿真，由于忽略了⾼阶传播模式⽽引起仿真的误差。另外，传统模式等效电路分

析⽅法的限制，与频率相关电容、电感元件等效模型⽽引起的误差。例如，在分析微带线时，许多易于出错的⽆源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯

曲、开路、缝隙等等，在这种情况下是多模传输。为此，通常采⽤全波电磁仿真技术去分析电路结构，通过电路仿真得到准确的⾮连续模式S参数。

这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析⽅法来进⾏仿真的。通常，数值解法分为显⽰和隐⽰算法，隐⽰算法

（包括所有的频域⽅法）随着问题的增加，表现出强烈的⾮线性。显⽰算法（例如FDTD、FIT⽅法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。

本⽂根据电磁仿真⼯具所采⽤的数值解法进⾏分类，对常⽤的微波EDA仿真软件进⾏论述。

2．基于矩量法仿真的微波EDA仿真软件

基于矩量法仿真的EDA软件主要包括ADS（AdvancedDesignSystem）、Sonnet电磁仿真软件、IE3D和Microwaveoffice。

2.1ADS仿真软件

AgilentADS(AdvancedDesignSystem)软件是在HPEESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的⼤型综合设计软件，是美国安捷伦公司开发的⼤型综合设计软

件，是为系统和电路⼯程师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天／防御的应⽤，从最简单到最复杂，从离散射频／微波模块到集成MMIC。从电

路元件的仿真，模式识别的提取，新的仿真技术提供了⾼性能的仿真特性。该软件可以在微机上运⾏，其前⾝是⼯作站运⾏的版本MDS（MicrowaveDesign

System）。该软件还提供了⼀种新的滤波器的设计引导，可以使⽤智能化的设计规范的⽤户界⾯来分析和综合射频／微波回路集总元滤波器，并可提供对平⾯

电路进⾏场分析和优化功能。它允许⼯程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据⽤户的需要⾃动产⽣关键的⽆源器件模式。该软件范围涵盖了⼩⾄元器

件，⼤到系统级的设计和分析。尤其是其强⼤的仿真设计⼿段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或⾮线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果

进⾏成品率分析与优化，从⽽⼤⼤提⾼了复杂电路的设计效率，使之成为设计⼈员的有效⼯具[6-7]。

2.2Sonnet仿真软件

Sonnet是⼀种基于矩量法的电磁仿真软件，提供⾯向3D平⾯⾼频电路设计系统以及在微波、毫⽶波领域和电磁兼容/电磁⼲扰设计的EDA⼯具。SonnetTM应⽤

于平⾯⾼频电磁场分析，频率从1MHz到⼏千GHz。主要的应⽤有：微带匹配⽹络、微带电路、微带滤波器、带状线电路、带状线滤波器、过孔（层的连接或接

地）、偶合线分析、PCB板电路分析、PCB板⼲扰分析、桥式螺线电感器、平⾯⾼温超导电路分析、毫⽶波集成电路（MMIC）设计和分析、混合匹配的电路

分析、HDI和LTCC转换、单层或多层传输线的精确分析、多层的平⾯的电路分析、单层或多层的平⾯天线分析、平⾯天线阵分析、平⾯偶合孔的分析等。

2.3IE3D仿真软件

IE3D是⼀个基于矩量法的电磁场仿真⼯具，可以解决多层介质环境下的三维⾦属结构的电流分布问题。它利⽤积分的⽅式求解Maxwell⽅程组，从⽽解决电磁波

的效应、不连续性效应、耦合效应、和