在廣泛的高頻結(jié)構(gòu)建模中，ＥＭ仿真器這一強(qiáng)大工具結(jié)合了具有直觀界面和易于使用的聲學(xué)、機(jī)械及電氣設(shè)計組件。在高頻器件建立之前，仿真高頻器件有助于避免設(shè)計和制造中的陷阱。所幸的是，預(yù)測ＲＦ和微波電路行為的工程師們有著各種各樣的電磁（ＥＭ）求解器以供挑選，但選擇一種最佳的仿真工具應(yīng)該需要考慮一些實際的準(zhǔn)則。
有幾種類型的求解器，每一類求解器都對應(yīng)于某一類最適合求解的問題。一些電腦輔助工程（ＣＡＥ）工具，如基于有限元法（ＦＥＭ）或有限差分法（ＦＤＭ）的求解器，或者密切相關(guān)的方法，例如作為傳輸線矩陣（ＴＬＭ）法，是適合于分析任意復(fù)雜的三維（３Ｄ）幾何結(jié)構(gòu)。但如果采用合理的假設(shè)來減少這類結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并且可以在求解器中使用該結(jié)構(gòu)的一些已知性能，然后其他方法可以與相當(dāng)密切的結(jié)果一起使用，例如積分方程／矩量法（ＭｏＭ）求解器。這些分歧主要突出表現(xiàn)在已開發(fā)的用于綜合利用的程序與專用于解決特定問題的軟件之間。與之相反，另一個考慮的是，時域分析非常適合于寬帶項目，尤其是當(dāng)必須考慮非線性效應(yīng)的時候，而頻域分析對強(qiáng)諧振、高Ｑ結(jié)構(gòu)而言是理想的。
在某些方面，商用高頻仿真器類似于“巫術(shù)”，這是因為其是基于一套算法，而該算法往往并非眾所周知，盡管使用仿真器的結(jié)果通常會被公布。少數(shù)例外之一就是ＥＭ３ＤＳ（電磁３Ｄ求解器）程序。在２０００年，意大利Ａｎｃｏｎａ大學(xué)（目前的Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔà?。校铮欤椋簦澹悖睿椋悖帷。洌澹欤欤濉。停幔颍悖瑁澹┑难芯咳藛T開發(fā)并出版了ＥＭ仿真器的新思想。那時，他們的方法只是在非商用中得以實現(xiàn)，是針對特定問題的學(xué)術(shù)軟件。他們的一些想法已在一份文件中公布；該理論獲得了進(jìn)一步發(fā)展，并隨后在技術(shù)論文中發(fā)表。
當(dāng)時，研究人員正在尋找一家有興趣的公司在商業(yè)產(chǎn)品中實現(xiàn)其算法，雖然他們發(fā)現(xiàn)這不是一個簡單的問題，因為在已發(fā)表的文件中可很容易地獲得該知識產(chǎn)權(quán)（ＩＰ）。因此，研究人員建立了他們自己的公司，即微波與電磁學(xué)（ＭＥＭ）研究公司，其主要是對嵌入其研究成果ＥＭ３ＤＳ軟件的新產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)并實現(xiàn)商品化。ＭＥＭ研究公司還為希望外包這些職能的公司，提供將新的公司青年工程師與其學(xué)術(shù)人員的經(jīng)驗進(jìn)行融合的服務(wù)，例如研究和開發(fā)（Ｒ＆Ｄ）以及設(shè)計。
由于有了ＥＭ３ＤＳ最早的版本，提高了性能和可用性，使其成為許多ＭＭＩＣ的設(shè)計師的首選工具，即使程序背后的基本原理依然存在。Ａｎｃｏｎａ的研究人員已經(jīng)分享了哲學(xué)家Ｋａｒｌ?。遥。校铮穑穑澹虻男拍?，認(rèn)為科學(xué)理論應(yīng)該提交給最大可能的“虛構(gòu)”受眾，從而找出弱點和可能的失敗場景。Ａｎｃｏｎａ研究人員斷定尋求其理論錯誤的最好方法，就是通過在用戶友好的軟件程序中嵌入這些理論，并允許該軟件的用戶可以對這些理論進(jìn)行測試。
這一做法被有效發(fā)揮。軟件客戶，不論是作為小型企業(yè)還是大型企業(yè)，都已向該軟件的開發(fā)者報告了關(guān)鍵問題，將項目設(shè)計師所需的學(xué)術(shù)環(huán)境連接到工作性能。ＭＥＭ研究公司完成了該軟件開發(fā)的其他部分，即在ＥＭ３ＤＳ中測試和連接算法。
因此，在電磁仿真器中許多ＥＭ３ＤＳ的特性是獨一無二的，例如耦合ＥＭ和聲學(xué)／力學(xué)模型的功能，從而將這類設(shè)備作為體聲波（ＢＡＷ）諧振器來處理，或者使用跨導(dǎo)受控電流源來建立線性有源器件模型，如高電子遷移率晶體管（ＨＥＭＴ）以及金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（ＭＥＳＦＥＴ）。
ＥＭ３ＤＳ（圖１）實現(xiàn)了被稱為廣義橫向諧振／衍射法（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ?。裕颍幔睿螅觯澹颍螅濉。遥澹螅铮睿幔睿悖澹模椋妫妫颍幔悖簦椋铮睢。粒穑穑颍铮幔悖?，ＧＴＲＤ）的技術(shù)。這是一種頻域技術(shù)，其涉及到利用ＭｏＭ法求解積分方程。它利用Ｇｒｅｅｎ的金屬箱函數(shù)，并利用體積電流定義了金屬與介電斷點。由于使用了體積電流，它基本上屬于三維工具；不過，用戶可以采用體積電流代替表面電流，從而實現(xiàn)２．５維（２．５－Ｄ）的工作模式。２．５－Ｄ模式是作為３Ｄ模式的受限情況獲得的，保留了很多的３Ｄ模式功能，同時簡化了模型，并極大減少了計算量。然而，對于某些情況，如建立介質(zhì)諧振器（ＤＲ）、ＢＡＷ諧振器，或介質(zhì)斷點模型，３－Ｄ模式仍然是需要的（圖２）。
例如，對于ＢＡＷ諧振器，ＥＭ３ＤＳ定義了一種特殊類型的介質(zhì)材料，其中介電常數(shù)和損耗是頻率的函數(shù)。這種特殊材料的頻率行為，通過聲學(xué)分析進(jìn)行了初步計算，其中等效傳輸線被用于對聲波傳播進(jìn)行建模。作為這一分析的一部分，用戶指定該壓電材料以及周圍材料堆積的力學(xué)性能，在對話窗口內(nèi)對該壓電材料的有效介電常數(shù)創(chuàng)建參數(shù)參考。一旦被指定，這些參數(shù)可以用于該ＥＭ３ＤＳ?。牛颓蠼馄鳎▓D３和圖４）。
ＥＭ３ＤＳ允許設(shè)定任何參數(shù)。它還允許通過輸入頻率依賴的表達(dá)式來定義材料，通過內(nèi)部分析器幫助創(chuàng)建模型。這向用戶提供了一個創(chuàng)建原始模型的必要自由。ＥＭ３ＤＳ通過將其封裝在金屬盒內(nèi)來分析結(jié)構(gòu)。這使得模型屏蔽結(jié)構(gòu)成為可能，并使得仿真引擎更加準(zhǔn)確，這是因為封閉邊界的方法提供了高的動態(tài)范圍。對天線進(jìn)行建模，在盒子的頂部和底部覆蓋處可以使用吸收邊界。ＥＭ３ＤＳ的２００７版包括了幾項新的圖表（極化圖、遠(yuǎn)場２－Ｄ圖、遠(yuǎn)場３－Ｄ圖），用以幫助設(shè)計天線（圖５）。
此外，頂部、底部，以及兩個側(cè)壁可以換成理想的磁疇壁，當(dāng)建模對稱結(jié)構(gòu)時使用。被稱為“對稱向?qū)А钡暮筇幚砉ぞ哂兄趯ΨQ多端口結(jié)構(gòu)的建模，結(jié)合兩個更簡單的仿真，其中磁和電平面依次取代對稱平面。并且，ＥＭ３ＤＳ中盒子的頂部和底部可以被無限矩形波導(dǎo)所代替，填充任意材料。
雖然采用ＥＭ３ＤＳ對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，該結(jié)構(gòu)被封閉在一個盒子里，但它們必須適合網(wǎng)格。這使得有可能更容易地從其它軟件程序輸入結(jié)構(gòu)，這是因為實現(xiàn)ＧＤＳＩＩ和ＤＸＦ雙向濾波器有助于在這些計算機(jī)輔助設(shè)計（ＣＡＤ）文件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)使用嵌入式優(yōu)化時，直接采取行動，并不斷在參數(shù)上定義圖形，這是非常有用的（圖６）。
大部分ＭｏＭ程序使用專用的快速傅立葉變換（ＦＦＴ）法來盡快填補(bǔ)Ｇｒｅｅｎ函數(shù)；付出的代價是固定的網(wǎng)格，其上的ＦＦＴ 被執(zhí)行。另一方面，ＥＭ３ＤＳ從第一頻點的計算中（即所謂的漸近行為）提取某些頻率獨立的信息，并對所有其他的頻率點重復(fù)使用它。因此，ＥＭ３ＤＳ中第一頻點的計算通常需要花費比使用基于ＦＦＴ的程序更多的時間，盡管余下頻率的計算更快，但是仍然準(zhǔn)確。當(dāng)使用ＥＭ３ＤＳ的“ＳｍａｒｔＦｉｔ”工具時，該功能是非常有用的：該軟件自動選擇頻率來執(zhí)行ＥＭ計算，搜索頻率響應(yīng)的極點和零點。一旦執(zhí)行，利用所關(guān)心電路或結(jié)構(gòu)的正確有理多項式為電路或結(jié)構(gòu)來復(fù)原全波段響應(yīng)。該方法還提供了對依據(jù)等效電路所采用的多項式的解釋，并自動提取寬帶集總器件電路的代表（圖７）。在ＥＭ３ＤＳ中，利用集成基本線性電路仿真器，可以將集總和分布參數(shù)連接到ＥＭ仿真器（圖８）。
ＥＭ３ＤＳ中的端口是標(biāo)準(zhǔn)的“ｄｅｌｔａ帶隙”端口，即在導(dǎo)體中用于跨越人工帶隙的單位電壓發(fā)生器，并估算了輸入導(dǎo)納。一旦已知導(dǎo)納（Ｙ）的矩陣，所有其他參數(shù)就可以從中計算出來。在ＥＭ３ＤＳ中有幾種端口可以考慮，即邊界端口、通過端口、通過內(nèi)部端口、平面內(nèi)部端口以及差分端口。邊界端口定義在導(dǎo)體和金屬外殼之間；通過端口是類似的，但所定義的跨越通路，即沿著介質(zhì)堆層（在某種意義上，垂直）。內(nèi)部端口普遍為不接地的端口，對很多功能有用（如令人興奮的偶極子和縫隙天線、特性化封裝，以及連接有源器件）。
任何情況下，一個端口代表一個ＥＭ仿真器的斷點，就像ＥＭ３ＤＳ一樣，大多數(shù)情況下，這對于消除斷點是很重要的。為此，ＥＭ３ＤＳ的開發(fā)人員利用多端口短開路校準(zhǔn)（ＳＯＣ）法，實現(xiàn)對斷點的一般處理，而無需有關(guān)端口斷點類型的假設(shè)。
此外，如果端口被連接到傳輸線，或一組交互耦合傳輸線，根據(jù)先前公布的算法，有關(guān)傳播特性的信息被回收。通過后處理算法對差分端口進(jìn)行處理，使其可以在已有仿真之上被定義來執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)端口。由于ＥＭ３ＤＳ封閉作為一般波導(dǎo)校準(zhǔn)法來實現(xiàn)，其可以用于對一些矩形波導(dǎo)元件建模，如諧振腔和濾波器［９］。波導(dǎo)可以通過任何標(biāo)準(zhǔn)端口來激發(fā)，被用來作為“條帶到波導(dǎo)”的轉(zhuǎn)換。后者的響應(yīng)被回收，并由一個校準(zhǔn)過程最終取消。在ＥＭ３ＤＳ ２００７中，這一過程也被產(chǎn)生用于多訪問模式的情況，提供了廣義導(dǎo)納矩陣（ＧＡＭ）的轉(zhuǎn)換。
與用戶的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系和緊密合作使ＭＥＭ研究公司取得了關(guān)鍵的成功。例如，ＥＭ３ＤＳ是ＭＥＭＳ開發(fā)商Ｃｏｖｅｎｔｏｒ公司的首選工具，與多物理工具Ｃｏｖｅｎｔｏｒｗａｒｅ一起使用。因為兩款程序之間的密切聯(lián)系，有些客戶將ＥＭ３ＤＳ認(rèn)為是Ｃｏｖｅｎｔｏｒｗａｒｅ的一部分，利用ＧＤＳＩＩ代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
ＭＥＭ研究公司與應(yīng)用波研究公司的合作伙伴關(guān)系形成了與該公司微波辦公軟件（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?。希妫妫椋悖濉。螅铮妫簦鳎幔颍澹┑臒o縫集成。ＡＷＲ和ＭＥＭ研究公司的共同客戶往往將ＥＭ３ＤＳ視為微波辦公軟件中ＥＭ引擎的一款替代ＥＭ仿真器，同時利用微波辦公軟件編輯器及其與其他ＡＷＲ系列程序的集成功能。可以對使用Ｔｏｕｃｈｓｔｏｎｅ格式的輸出和輸入結(jié)果進(jìn)行比較。此外，有可能對來自掃描任何文檔的點陣圖進(jìn)行直接輸入（用于直接比較，或來對文檔的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)）。
ＥＭ３ＤＳ提供了各式各樣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的電流／場的表和圖。所有的圖在頻率或相位上可以是動畫的，同時修改了激勵和端點條件。動畫可以輸出，再次用于演示文稿或儲存在ＥＭ３ＤＳ文件中。動畫的使用極大有助于理解結(jié)果、網(wǎng)格的質(zhì)量、有關(guān)于耦合的原始問題，以及講授微波設(shè)計中電磁學(xué)的原理。事實上，在全世界的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)中，ＥＭ３ＤＳ是用于這一最后目的，這是由于其直觀的界面和有效的后處理功能。
牢記這一點，ＥＭ３ＤＳ開發(fā)靈活，ＥＭ３ＤＳ?。玻埃埃方榻B了一個腳本引擎，用以獲得訪問大部分ＥＭ３ＤＳ功能，這包括主要的ＥＭ３ＤＳ菜單。該程序采用面向?qū)ο蟮模校幔螅悖幔炷_本，這是直觀的，具有嵌入式調(diào)試器。
當(dāng)選擇高頻仿真器時，應(yīng)該考慮成本。因為ＥＭ３ＤＳ是負(fù)擔(dān)得起的，小公司可以利用其仿真功能，而更大規(guī)模的公司可以將其添加到他們的設(shè)計工具中，只有微不足道的財政影響。對于添加其的要求，ＥＭ３ＤＳ是在打折的基礎(chǔ)上提供給大學(xué)和非營利組織的
來源:ks990次
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