ADS HFSS教程

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

ADS&HFSS中微波器件的设计

2013年6月

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

主要内容1 简要介绍两款电磁仿真软件(ADS、 HFSS) 2 ADS中功分器建模及优化 3 根据ADS中设计的模型尺寸在HFSS中建 模仿真 4 两款软件的仿真结果对比

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

1 电磁仿真软件介绍 ADS是由美国安捷伦(Agilent)公司推出的一款基于矩 量法(MoM)的射频电路仿真工具。 Ansoft HFSS是Ansoft公司推出的基于有限元法(FEM) 的针对高频结构的电磁仿真软件。ADS优缺点 HFSS优缺点 优点： 1.仿真精度高，操作界面方便易 用，其直观的后处理器及独有的 场计算器，可计算分析显示各种 复杂的电磁场。 2.对三维模型的支持性强，可设 计任意形状的产品。

优点：1.ADS主要用来设计射频电路及低频 无源器件，其建模方便，计算速度快， 效率远超过HFSS。 2.Agilent公司和各大元器件厂商广泛 合作并提供最新的Design Kit给用户 使用，在射频有源电路的设计上体现 了其他EDA软件无法比拟的优势。 缺点： 1.对高频电路(毫米波以上)的仿真 可靠性降低。 2.如果要仿真天线等3维度上非均匀延 展的结构需要全波三维求解器协助。

缺点：1.仿真速度慢，占用内存大。 2.对射频电路的支持较弱。3

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

以一分二功分器为例分别在ADS和 HFSS里建模仿真，功分器设计指标如下。

功分器指标： 工作频段：2GHz-3GHz

输入输出端回波损耗：Return loss≤-20dB 插入损耗：Insertion loss≥-3.2dB 输出端口隔离：Isolation≤-20dB

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

2 ADS 2009中功分器设计

2013-7-8

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

启动ADS进入如下界面

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

创建新的工程文件 点击File->New Project设置工程文件名称(本例中为 divider)及存储路径 点击Length Unit设置长度单位为毫米

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

工程文件创建完毕后主窗口变为下图

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

同时原理图设计窗口打开

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

生成功分器的原理图 在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏。 窗口左侧的工具栏变为右图所示。

选择微带线MSUB 选择画线工具

以及控件将电路连接好。

分别放置在绘图区中。

连接方式见下页图(本图只是提供参考，还有其它形式可供选择)。

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

功分器的原理图示例

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

设置微带电路的基本参数这里选用Rogers4003的基板，双击图 上的控件MSUB设置介质基板参数。 H:基板厚度(0.508 mm) Er:基板相对介电常数(3.55) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.017 mm) TanD:损耗角正切(2.7e-3) Roungh:表面粗糙度(0 mm)

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

微带线计算工具 功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度 W可由微带线计算工具得到。 填入50 Ohm可以算出微带线的线宽1.1 mm。 填入70.7 Ohm和90 deg

可以算出微带线的线宽0.6 mm和长度 19.2 mm(四分之一波长)。

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

设置微带器件的参数 双击每个微带线设置参数，W、L分别设 为相应的变量或常量，单位mm,注意上 下两臂的对称性。

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

添加变量 单击工具栏上的VAR 图标 ，把变量控件VAR放置在原 理图上，双击该图标弹出变 量设置窗口，依次添加W,L 参数。 中间微带线的长度大约为四 分之一波长(根据中心频率用 微带线计算工具算出),各个 线宽的初始值可以用微带线 计算工具算出，微带线的宽 度最窄只能取0.2 mm(最好取 0.5 mm以上)。

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

S参数仿真电路设置 在原理图设计窗口中选择S参数仿真 的工具栏 选择Term 放置在功分器三个端口 上，用来定义端口1、2和3,点击 图标，放置三个地，并按照下页图连 接好电路。 选择S参数扫描控件 放置在原理图 中，并设置扫描的频率范围和步长， 频率范围根据功分器的指标确定。

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

功分器完整原理图

图中 起限定两端口之间的距离的作用， 这里考虑功分器用0805的电阻，所以两端距 离选2mm。

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

优化目标的设置 在原理图设计窗口中选择优 化工具栏 选择优化设置控件 放置 在原理图中，双击该控件设 置优化方法及优化次数。 常用的优化方法有Random( 随机)、Gradient(梯度)等。 随机法通常用于大范围搜索， 梯度法则用于局部收敛

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

功分器优化目标设置

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

进行参数优化 设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然 后就可以进行参数优化了。 点击工具栏中的Simulate 按钮就开始进行优 化仿真了。在优化过程中会打开一个状态窗口显 示优化的结果(见下页图),其中的CurrentEF表 示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化 目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各 优化变量的值，当优化结束时还会打开图形显示 窗口。 在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的 Simulate -> Update Optimization Values保存优 化后的变量值(在VAR控件上可以看到变量的当 前值),否则优化后的值将不保存。

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

观察仿真曲线 优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的 曲线。方法是点击原理图工具栏中的 按钮， 然后点击优化控件OPTIM,则控件上打了红叉 表示已经被关掉。 要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的 按钮，然后点击要开启的控件，则控件上的红叉 消失，功能也重新恢复了。 对于原理图上其他的部件，如果想使其

关闭或开启，也可以采取同样的方法。 点击工具栏中的Simulate 按钮进行 仿真，仿真结束后会出现图形显示窗口。