南航使用AWR进行射频微波研究及教学

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“在进行非常成功的试用评估后,我们决定将AWR的高频设计工具用于我们的课程。AWR软件的速度、准确性、易用性以及我们在评估过程中得到的AWR的现场应用工程师的良好的支持使我们非常乐于选择AWR和AWR的软件作为我们在射频/微波研究方面新的合作伙伴。”

----赵永久教授,南京航空航天大学

大学背景

南京航空航天大学(NUAA) 是中国最早的学习和研究机构之一,现在已发展成为一所综合性大学,主要专注于航空航天工程的研究。成立于1952年的南京航空航天大学致力于为其24600名学生,包括600位来自30多个国家的国际学生,提供一个达到国际水准的研究和教育系统。

设计挑战

南京航空航天大学正在寻找一个更加人性化,一体化的高频设计工具来替代目前在课堂上使用的工具。在客观地试用评估AWR的Microwave Office®射频和微波设计软件后,该大学选择了重新设计现有的应用于GPS和WLAN的简单的高选择性的双波段和双模带通滤波器。该滤波器通过短的存根加载折叠共振器与源负载耦合来设计。两个通带的3dB分数带宽约在1.57GHz 下的3.4%和5.2GHz下的9.9%。由于有主信号路径和折叠臂的谐振器之间的干扰,有必要在通带边缘附近和衰减带上方生成五个传输零点,以提高频率选择性和阻带性能。

AWR解决方案

AWR Microwave Office软件对于这个设计的优势在于其集成的设计环境以及易用性。滤波器的设计完全使用了AWR独特的基于电磁(EM)的X型传输线模型(图1)。与传统模型相比,这些高度精确的电路模型同时提供了电子模型和物理布局,并且迅速生成与全电磁模拟一样精确的仿真结果。所以,只要滤波器电路原理图完成,这个布局就立刻可以进行EM验证并发到PCB再加工。

图1:滤波器的原理图和布局,在Microwave Office组件库中很容易被发现。

由于电路模型瞬间完成模拟,参数调整和滤波器的初步优化可以直接进行。在设计流程的后端,布局可以从电路原理图直接发到AWR的AXIEM®3D EM模拟器,不需要为了EM仿真再重新进行几何绘图(图2)。

图2:滤波器在AXIEM的布局。

一个参数化的全电磁模型被设成修改模式来进行快速的全电磁精度统计分析的离线执行。

采用这个方法后,南京航空航天大学可以做关于PCB基板的介电常数(ER)、电路板厚度(H)和几何性质的扩展的产量敏感性研究以制造公差。设计团队发现整个设计对于ER的变化极为敏感,必须控制在0.1%,并且H要控制在 20μm内才能得到完美的结果。相比之下,这个设计对于在正常处理公差内的几何变化不是很敏感(图3和图4)。

图3:ER在±0.4%的范围内变化,假设H的变化是在±10µM。如果ER在±0.1%的范围内变化可获得100%的量。

图4:H在±20µm的范围内变化,假设Er的变化在±0.1%。如果H在±10µm的范围内变化可获得100%的量

南京航空航天大学非常赞赏AWR Design Environment™ 带来的灵活的方法。在不同阶段的电路和电磁仿真模型之间的无缝切换的设计能力,带来了一个有效率的、令人精力充沛的、以及用户错误可修复的设计过程。评估表明,测量结果与使用AWR软件的结果高度一致,特别是AXIEM EM模拟结果(图5)。

图5:测量结果(黑色)和AXIEM模拟结果(红色)的比较。
 

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