南航使用AWR進(jìn)行射頻微波研究及教學(xué)

“在進(jìn)行非常成功的試用評估后，我們決定將AWR的高頻設(shè)計工具用于我們的課程。AWR軟件的速度、準(zhǔn)確性、易用性以及我們在評估過程中得到的AWR的現(xiàn)場應(yīng)用工程師的良好的支持使我們非常樂于選擇AWR和AWR的軟件作為我們在射頻/微波研究方面新的合作伙伴。”

----趙永久教授，南京航空航天大學(xué)

大學(xué)背景

南京航空航天大學(xué)(NUAA) 是中國最早的學(xué)習(xí)和研究機構(gòu)之一，現(xiàn)在已發(fā)展成為一所綜合性大學(xué)，主要專注于航空航天工程的研究。成立于1952年的南京航空航天大學(xué)致力于為其24600名學(xué)生，包括600位來自30多個國家的國際學(xué)生，提供一個達(dá)到國際水準(zhǔn)的研究和教育系統(tǒng)。

設(shè)計挑戰(zhàn)

南京航空航天大學(xué)正在尋找一個更加人性化，一體化的高頻設(shè)計工具來替代目前在課堂上使用的工具。在客觀地試用評估AWR的Microwave Office®射頻和微波設(shè)計軟件后，該大學(xué)選擇了重新設(shè)計現(xiàn)有的應(yīng)用于GPS和WLAN的簡單的高選擇性的雙波段和雙模帶通濾波器。該濾波器通過短的存根加載折疊共振器與源負(fù)載耦合來設(shè)計。兩個通帶的3dB分?jǐn)?shù)帶寬約在1.57GHz 下的3.4%和5.2GHz下的9.9%。由于有主信號路徑和折疊臂的諧振器之間的干擾，有必要在通帶邊緣附近和衰減帶上方生成五個傳輸零點，以提高頻率選擇性和阻帶性能。

AWR解決方案

AWR Microwave Office軟件對于這個設(shè)計的優(yōu)勢在于其集成的設(shè)計環(huán)境以及易用性。濾波器的設(shè)計完全使用了AWR獨特的基于電磁（EM）的X型傳輸線模型（圖1）。與傳統(tǒng)模型相比，這些高度精確的電路模型同時提供了電子模型和物理布局，并且迅速生成與全電磁模擬一樣精確的仿真結(jié)果。所以，只要濾波器電路原理圖完成，這個布局就立刻可以進(jìn)行EM驗證并發(fā)到PCB再加工。

圖1：濾波器的原理圖和布局，在Microwave Of?ce組件庫中很容易被發(fā)現(xiàn)。

由于電路模型瞬間完成模擬，參數(shù)調(diào)整和濾波器的初步優(yōu)化可以直接進(jìn)行。在設(shè)計流程的后端，布局可以從電路原理圖直接發(fā)到AWR的AXIEM®3D EM模擬器，不需要為了EM仿真再重新進(jìn)行幾何繪圖（圖2）。

圖2：濾波器在AXIEM的布局。

一個參數(shù)化的全電磁模型被設(shè)成修改模式來進(jìn)行快速的全電磁精度統(tǒng)計分析的離線執(zhí)行。

采用這個方法后，南京航空航天大學(xué)可以做關(guān)于PCB基板的介電常數(shù)（ER）、電路板厚度（H）和幾何性質(zhì)的擴展的產(chǎn)量敏感性研究以制造公差。設(shè)計團隊發(fā)現(xiàn)整個設(shè)計對于ER的變化極為敏感，必須控制在0.1%，并且H要控制在 20μm內(nèi)才能得到完美的結(jié)果。相比之下，這個設(shè)計對于在正常處理公差內(nèi)的幾何變化不是很敏感（圖3和圖4）。

圖3：ER在±0.4%的范圍內(nèi)變化，假設(shè)H的變化是在±10µM。如果ER在±0.1%的范圍內(nèi)變化可獲得100%的量。

圖4：H在±20µm的范圍內(nèi)變化，假設(shè)Er的變化在±0.1%。如果H在±10µm的范圍內(nèi)變化可獲得100%的量

南京航空航天大學(xué)非常贊賞AWR Design Environment™ 帶來的靈活的方法。在不同階段的電路和電磁仿真模型之間的無縫切換的設(shè)計能力，帶來了一個有效率的、令人精力充沛的、以及用戶錯誤可修復(fù)的設(shè)計過程。評估表明，測量結(jié)果與使用AWR軟件的結(jié)果高度一致，特別是AXIEM EM模擬結(jié)果（圖5）。

圖5：測量結(jié)果（黑色）和AXIEM模擬結(jié)果（紅色）的比較。