南邮微波EDA学习笔记整理后.doc

第一讲：微波 CAD 的基本概念 1. 微波 CAD 的基本概念和内涵； 答：化经验曲线、计算图表、计算尺为计算机软件，使用的软件具有高精度、操作简便、界面友好的特点。 （1） 微波电路部件的快速分析 （2）微波网络综合 （3）电路参数提取和模拟 （4）最优化设计 （5）敏感度和公差模拟、分析 （6）精密校准和数据处理 （7）自动化设计和调试 2. 平面传输线的种类和名称（较重要）； 答：立体：同轴线（Coaxial line）双线（twin—line） 平面：微带线（Microstrip line MSL）带状线（Strip line SL） 共面波导（Coplanar Waveguide CPW）槽线（Slot line SL） 3. 不同微波电路分析方法的特点与比较（较重要）； 答：网络分析法——化电磁场问题为电网络与传输线问题，利用网络参数之转换关系，快速描述、分析具体电路的特性。 特点：（1）速度快，特别有利于有源电路的建模分析，简单易行，避免了场方法的复杂性，耗时少，占用计算机资源少；（2）不够精确，只能用于分析特定的规则形状，一般难以应用在边界条件复杂的情况；（3）要求设计者对模型的物理参数都要非常了解，要积累足够的数据来反复调整模型，才能达到要求的精度。 电磁场数值计算方法——在一定边界条件下，直接离散积分或微分形式的Maxwell方程、用数值方法求问题的解。 特点：（1）简单直接，无需建立复杂的电路网络拓扑，通过剖分和设置相应的边界条件，调用现成算法（包括剖分、迭代或求逆等）即可分析一般情况下的任意问题，一般不受目标几何形状和材料分布情况的限制，适用范围广，精度较高。（2）运算量大、耗费计算机资源，效率较低，物理意义不显著，一般不太适用于有源电路的分析，而且还存在病态、发散等数值奇异问题。 4. 常用微波 CAD 软件的名称、特点和比较（较重要）； 常用软件 ADS Momentum（Advanced Design System）基于矩量法（MOM） 边界型数值计算方法 IE3D 基于矩量法（MOM） 边界型数值计算方法 HFSS（高频结构仿真器） 基于有限元法（FEM） 场域型数值计算方法 CST 基于表面积分法 场域型数值计算方法 XFDTD 基于时域有限差分法（FDTD） 场域型数值计算方法 小软件 AppCAD Linecall Linegauge Txline 5. 集中参数元件的射频特性检测——利用 MATLAB 工具处理实验数据（重点）。 电感：线性 有源 谐振(并联谐振 R+jX R jX-∞; 串联谐振 R+jX R jX-0) 电容 思考题: 1、分别单独计算各频点的等效电感，与拟合数值作比较，可以得到什么结论？试分析误差的大小。为了得到更精确的逼近结果，可以采用什么手段？ 答：取足够多的数据，分频段进行拟合，取平均值。 2. 观察电抗-频率曲线，可以发现什么规律？（提示：非线性，非理想） 答：根据得到的电抗-频率曲线，可以发现： （1）工作频率不高的情况下（480MHz 以下），空心线圈的电抗-频率特性呈现近似的线性关系，损耗电阻很小，表明其电感值比较恒定；（2）随着频率的增加（480MHz以上），空心线圈的损耗电阻会显著增加，其特性开始呈现强烈的非线性，损耗电阻也很大，电抗-频率特性曲线也不再满足线性关系，而是呈现弯曲、振荡的非线性关系。（3）该电抗-频率曲线也是非理想的。随着频率的增加，由于线圈匝间分布电容的影响，电感线圈出现并联谐振，具体表现为阻抗数值陡然增大；随着频率继续增加，元件的电抗部分数值变为负值，表明线圈已经呈容性而不再是电感。 参考：线圈的工作频段可划分为以下几个区域：工作频率不高的情况下（数百MHz 以下），空心线圈的电抗-频率特性呈现近似的线性关系，损耗电阻很小，表明其电感值比较恒定（不妨称这段工作频带为“线性电感区”），欧姆损耗较小，Q 值较高；随着频率的增加，空心线圈的损耗电阻会显著增加，电抗-频率特性曲线也不再满足线性关系，而是呈现弯曲、振荡的非线性关系（不妨称这段工作频带为“非线性损耗电感区”）；到了L 波段，由于线圈匝间分布电容的影响，电感线圈出现并联谐振，该谐振频率又叫做“自谐振频率”，具体表现为阻抗数值陡然增大、甚至超出仪器所能测试的数值（图4(b)，不妨称这段工作频带为“谐振区”）；随着频率继续增加，元件的电抗部分数值变为负值，表明线圈已经呈容性而不再是电感（不妨称这段工作频带为“电容区”）。 对于同样内径的空心电感线圈，匝数越多，则分布电容越大，元件的线性工作范围越窄，自谐振