【硬件攻略】射频·射频入门软件篇【转发】

2017-02-14 by:CAE仿真在线来源:互联网

test

经过了两周的时间,想必大家通过各种信息检索,对射频有了初步的了解。那么本期的射频入门(软件篇)将带领我们真正地探索一下射频的神秘世界以及简单介绍一下突破射频重重障碍的各种神秘武器。

首先,我们先来了解一下什么是射频。射频(RF)是RadioFrequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300KHz~300GHz之间。射频简称RF,射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。在这里呢,射频是作为一种电磁波的形式存在。但是在射频工程师的眼中,射频不单单指的是电磁波,更多是传输这种电磁波的电路。而射频电路是指从天线(ANT)到收、发基带信号(RXI/Q、TXI/Q)为止的这部分电路,它包括接收射频、发射射频和频率合成器三大部分。

图一 HFSS波导电磁仿真三维图

现在我们来简单举一个例子,下图是无线电广播发射与接收过程的示意图。无线电发射机输出的射频信号功率,通过馈线(电缆)输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,由天线接下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到无线电接收机。那么在这里面射频电路大概包括的过程就是从发射机的射频功率放大电路、馈线、天线到接收天线这一部分的电路。目前华为的射频大概包括馈线、天线等部门。

图二无线电广播发射与接收过程

从上面的例子我们可以看到射频在这些电路中传送到空间是以电磁波的形式存在的,对于如此抽象的东西,我们就要借助各种软件,对电磁波在传输线、馈线中的传输状况以及天线在空间中的辐射状态进行探究。

在解决射频问题时经常使用的软件主要有以下几种。那么我们常常是根据自己的专业领域和正在研究的项目内容来决定使用的软件。现在就简单介绍一下各种软件的用途及区别。

HFSS是Ansoft公司推出的三位电磁仿真软件,能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。HFSS软件拥有强大的天线设计功能,它可以计算天线参量,如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽等;上面的第一张图就是通过HFSS仿真的电磁波在波导中传输的状况。

图三 HFSS三维仿真软件

ADS是Agilent公司开发的EDA软件,电子设计功能十分强大,包含时域电路仿真 (SPICE-like Simulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三维电磁仿真 (EM Simulation)、除此之外还有通信系统仿真(Communication SystemSimulation)、数字信号处理仿真设计(DSP);ADS支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计,从简单到复杂,从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC,是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。

图四ADS仿真软件

CST也是一款三维电磁场仿真软件,是面向3D电磁、电路、温度和结构应力设计工程师的一款全面、精确、集成度极高的专业仿真软件包。包含八个工作室子软件,集成在同一用户界面内,为用户提供完整的系统级和部件级的数值仿真优化。软件覆盖整个电磁频段,提供完备的时域和频域全波电磁算法和高频算法。

三种软件的比较

首先是HFSS与ADS的比较:HFSS主要是用来仿真器件的,比如天线、滤波器等三维器件。而ADS主要用来仿真电路,比如应用在微波射频电路、RFIC、通信电路。所以很明显如果你是想做射频电路就使用ADS,做天线及微波无源器件则使用HFSS或CST。

图五电视天线

当然它们也有各自有缺陷,比如从电磁场性质来看,ADS不能仿真三维电磁场,适用于微波高速电路的设计,对于这种平面电路的电磁场仿真一般都是2.5维的,HFSS适用于三维电磁场分析;而从微波器件有源无源性来说,HFSS不能仿有源器件,但是ADS可以仿真有源器件。所以很多时候我们都是两个软件协调使用。

接下来是CST与HFSS比较:首先从仿真速度来看,CST的速度要快得多,HFSS会产生很多的临时文件,太耗资源;但是CST的仿真精度没有HFSS那么高;一般HFSS是闭场的时候比较准,而CST是开场的时候比较准。但是从仿真宽带上看,如果仿真的带宽较宽建议使用CST,因为HFSS需要进行分段仿真,所以速度慢。