设计平台最大限度地提高性能并缩短上市时间

特邀论文:Altair, ANSYS, Dassault systems - SIMULIA CST, Keysight Technologies和NI AWR Group

微波杂志请一些领先的EDA软件公司描述他们各自的整体方法，帮助设计工程师优化多个工具，以快速有效地完成高性能、可靠的设计。这里有一些综合性的平台，可以在一个界面或环境中完成多个设计任务，从而快速将您的设计推向市场。

Altair FEKO, HyperWorks平台的一部分，Altair, Troy, michigan

Altair的愿景是通过在整个产品生命周期中应用仿真、机器学习和优化来改变设计和决策。这是通过结合HyperWorks创新平台中的仿真软件，辅以软件相关服务和咨询产品来实现的。工程师能够加速下一代移动解决方案，以应对电子移动发展的挑战。从智能控制设计到动力总成电气化和车辆架构研究，这些解决方案可以在整个开发周期内实现优化。

Altair FEKO是一款针对电信、汽车、航空航天和国防工业的计算电磁(EM)软件，是HyperWorks套件的一个组成部分。FEKO在单一许可证下提供多个频率和时域EM求解器。这些方法的混合能够有效地分析广泛的EM问题，包括天线，微带电路，射频元件和生物医学系统，在电大型结构上放置天线，散射计算和电磁兼容性(EMC)的研究。FEKO还提供专门的工具来解决更具挑战性的电磁相互作用，包括用于特征模式分析和双向电缆耦合的专用求解器。特殊的公式也包括有效的模拟集成挡风玻璃天线和天线阵列。结合多层快速多极方法和求解器的真正杂交，FEKO被认为是天线放置分析的市场领导者。

最近的2018年版本中最引人注目的功能之一是将WinProp与FEKO作为标准HyperWorks安装的一部分。WinProp是一个专用的工具，用于波传播建模和无线网络规划与FEKO接口。WinProp的准确和快速的经验和确定性传播模型适用于广泛的场景:农村，城市，室内，隧道，车辆(见图1）.WinProp支持任意发射器，包括蜂窝和广播站点，卫星，中继器和泄漏馈线电缆。WinProp的传播引擎包括经验和半经验模型(可校准测量)、3D光线追踪模型以及独特的主导路径模型。除了预测路径损耗外，还可以计算时延和角扩展，以及LOS/NLOS、方向信道脉冲响应、角分布和传播路径(参见图2）.

FEKO的几个关键区别包括:

• 广泛而深入的技术提供:预处理和后处理，不同的求解器技术，多物理场耦合，重点关注优化技术，高性能计算集成。
• 基于单位的订阅许可模式:所有Altair软件工具，包括许多Altair合作伙伴联盟中的第三方产品，在统一的许可方案下提供。
• 独特的软件和服务的融合:通过咨询补充软件产品，也帮助Altair了解客户对未来软件开发的需求。

FEKO 2018发布的一些亮点:

• 射线发射几何光学(RL-GO)求解器的特征表面极大地加快了复杂多层结构的RL-GO分析(见图3）.
• 电缆建模扩展，包括定义电缆路径的参考方向，提供对电缆方向的精确控制，而不是让求解器搜索离电缆路径最近的地面。
• 许多网格划分的改进，包括自动网格划分，现在可以为模型生成不同的网格，其中网格大小由几何曲率而不是EM属性(如频率)控制。
• 支持特征模式分析，无需跨频率模式跟踪。

EM应用的复杂性和电气尺寸各不相同，没有单一的数值方法可以有效地处理整个范围。通过提供不同求解器的选择，FEKO用户可以选择最适合他们试图解决的问题的方法，或者使用多个求解器进行交叉验证。所有解算器作为一个包包含在FEKO中。

ANSYS电子桌面平台，ANSYS，卡农斯堡，宾夕法尼亚州

ANSYS Electronics Desktop是为电气工程师创建的设计平台。它是工程师访问ANSYS物理求解器(HFSS, HFSS SBR)的单一接口+， Maxwell, Icepak, Q3D Extractor, SIwave)和电路/系统模拟器(Nexxim, simplover, EMIT)，直接导入ECAD/MCAD几何。此外，桌面包括直接链接到完整的ANSYS热和机械求解器组合，用于全面的多物理场分析。借助ANSYS Electronics Desktop，设计人员可以将严格的EM、热分析和机械分析与系统和电路仿真集成到一个全面、易于使用的设计平台中。

ANSYS HFSS是建立在ANSYS电子桌面。传统的MCAD接口被工程师用来创建3D模型，如天线、连接器、外壳、引线框架IC封装和波导。ECAD接口适用于pcb、IC封装和RF层压板中的分层设计。桌面的一个独特功能是能够将MCAD与ECAD混合使用，以创建具有全3D HFSS仿真精度的无线和电子产品组件。HFSS求解器，包括经典的有限元、积分方程、物理光学和射击和反射射线(SBR)，可以混合成多域(混合)解决方案，在单个项目中从电学上的小到大进行模拟(参见图4）.

electronic Desktop的Solver on Demand技术使工程师能够将EM模拟器与电路级和系统级仿真相结合，以探索完整的系统性能。用户可以在共存的项目中插入高频和信号完整性分析，并在EM和电路模拟之间进行拖放动态链接，以实现简单的问题设置和可靠的性能。在单一界面中工作，而不是在几个不同的程序之间来回移动，消除了将数据从一个程序导出到另一个程序的需要。例如，用户可以很容易地将vrm、s参数元素或IBIS-AMI模型插入到电路仿真中(参见图5）.

除了多领域和多技术设计能力外，ANSYS Electronics Desktop还包括具有加密的3D组件库模型、装配建模和射频干扰(RFI)系统建模等功能。随着通信系统推动组件尺寸，重量和性能的极限，工程师必须采用新技术和更智能的工作流程。由此产生的组件工程和相关的知识产权对组件开发人员和最终用户来说变得越来越有价值。在工程团队之间共享准确的3D设计数据，同时保护该IP的能力对于以实用的方式开发下一代复杂性至关重要。获得专利的3D EM组件技术是模型共享方面的一个突破，允许工程师创建加密的、受密码保护的用户模型，提供成功设计射频和微波系统所需的所有信息。

在复杂环境中预测RFI已经成为设计过程的重要组成部分。ANSYS Electronics Desktop集成了ANSYS EMIT，用于对安装的天线到天线耦合进行建模。结果是一个完整的解决方案，可以可靠地预测具有多个发射器和接收器的多天线环境中的RFI效果。EMIT强大的分析引擎可以计算所有重要的射频相互作用，包括非线性系统组件效应。这些影响可以产生高阶互调产物，通常导致RFI。在复杂环境中诊断RFI在测试环境中是非常困难的，但是使用EMIT，可以通过图形信号跟踪和诊断摘要快速识别任何干扰的根本原因，这些摘要显示了干扰信号到达每个接收器的确切来源和路径(参见图6）.

ANSYS Electronics Desktop将世界一流的物理求解器与电路和系统求解器、专利加密3D组件库(用于数据共享和RFI预测功能)集成到一个公共平台中。使用该设计平台，射频/微波设计人员将成功解决无线产品复杂性和系统集成的下一个水平。

CST STUDIO SUITE完整的多域和多物理场解决方案
达索系统公司，SIMULIA CST，德国达姆施塔特

SIMULIA的CST STUDIO SUITE是一个3D设计环境，可以访问EM和多物理场仿真。全参数化模型可以在CST STUDIO SUITE中构建，也可以通过领先的CAD和EDA设计工具导入。可以使用CST系统组装和建模(SAM)框架从其组成组件设计整个EM系统。参数扫描允许在单个模拟流程中分析不同的设计配置，而内置的自动优化器可用于调整和提高设备的性能。

与过滤器设计师3D, CST STUDIO SUITE具有专用的设计流程，允许甚至非常复杂的过滤器进行调整，如果需要，具有多个通带和传输零点。CST的快速谐振求解器和创新的移动网格方法提供平滑收敛，甚至允许非常敏感的滤波器进行有效优化。与传统的物理测试相比，这些方法可以减少实现满足要求的设计所需的原型数量，从而节省时间和金钱。

多物理场模拟对于大功率器件非常重要，因为材料中的电磁损耗产生的多余热量会导致损坏、膨胀和变形，从而使滤波器和谐振器等敏感元件失谐。为了从设计过程的早期阶段模拟和减轻这些影响，CST STUDIO SUITE提供了集成的热和结构机械求解器，能够模拟温度分布、热流、冷却、生物热效应和热膨胀。

一旦设计了单个组件，系统集成商的工作就开始了。对于像汽车这样的复杂产品，可以从不同的工具导入多个组件——车身来自一个来源，电缆线束网络来自另一个来源，电路板来自另一个来源，通信和雷达天线来自CST天线工具antenna magus——并使用SAM组装成一个模拟项目。

天线和其他部件需要放置在系统中，以便在通常具有挑战性和拥挤的环境中按预期工作。汽车或飞机的金属机身会影响放置在其表面的天线的辐射方向，而人体可以吸收或反射来自手持和可穿戴设备的能量。CST STUDIO SUITE包括几种适合于在电大型平台上模拟天线的方法，可用于计算单个天线的性能和多个天线之间的耦合(参见图7）.

电磁兼容(EMC)和电磁干扰(EMI)是产品设计中的重要问题。如果不能尽早发现，已安装的性能和干扰问题可能会大大延迟产品的开发，或者需要花费高昂的成本和损害声誉的召回。通过新的CST干扰任务，可以在设计阶段识别潜在的干扰问题，帮助确保符合法律法规，并降低测试过程中出现意外问题的风险。

对于在身体附近使用的设备，也有法律规定的射频场暴露限制，以特定吸收率(SAR)来测量。这些也可以用CST STUDIO SUITE进行模拟，以检查设计是否符合规定。

通过将所有这些功能集成到一个用户界面中，CST STUDIO SUITE可帮助工程师快速有效地优化设计，并避免可能增加项目开发时间和成本的问题。CST现在是达索系统公司SIMULIA品牌的一部分，通过CST STUDIO SUITE 2018, CST将其软件与3DEXPERIENCE平台集成，该平台连接CAD, PLM，协作和其他领先的仿真软件，提供完整的多领域和多物理场解决方案。

是德科技PathWave设计——更多创意，更少忙碌
是德科技，加州圣罗莎

随着基板层数的增加、尺寸的减小和设计空间的限制，电路板设计正变得越来越复杂。此外，一旦设计完成，设计师仍然需要处理所有的物流、交接和责任，这使得他们很难花足够的时间来真正设计和创造新产品。为了避免挫折和花更多的时间创新，工程师需要一种方法来简化他们的工作流程。

是德科技的设计平台使设计师能够专注于他们最喜欢的工作部分:创意设计过程。是德科技PathWave Design是一种新的设计环境，为工程师提供了发挥创造力的空间，为验证提供了数据显示，并提供了与同事分享想法的通用数据格式。它提供集成的系统、电路和EM模拟器，以及无缝集成的优化器和布局功能，以节省调查设计各个方面的时间和挫败感(参见图8）.

Keysight PathWave Design基于Keysight Advanced Design System (ADS)和Keysight EEsof EDA提供的其他软件，包括用于EM分析的EMPro、用于信号完整性分析的SIPro和用于功率完整性分析的PIPro。使用是德科技进行设计的一个好处是测量专业知识，对标准规范的理解深度和组件库的广度。符合行业标准的无线库可以验证所有最新无线标准的设计:5G, LTE-A, 802.11ac, PCI Express, USB 3 -以及未来将添加的任何标准。

一旦设计完成，设计工程师的工作就不算完成了。向设计验证测试团队的交接不仅仅是简单的握手。几年前，设计不那么复杂，规范不那么严格，简单的线性产品开发生命周期管道工作。但是今天，产品开发生命周期已经转变为设计、验证和测试团队之间复杂关系的矩阵。这就是是德科技PathWave平台的强大之处:它不仅包含一个设计环境，还包含一个具有通用数据格式的测试环境，一致的用户体验和类似的控制界面。正是这种集成连接了设计工程师和测试工程师的世界，允许他们使用相同的语言并以一种全新的方式进行交互(参见图9）.

PathWave Test是一个测试自动化环境，可以优化测试计划，并与第三方硬件一起操作，为设计环境和制造团队提供无缝的数据传输和分析。这使得测试团队更容易回到设计工程师那里，让他们知道可能存在的问题。对于设计和测试工程师来说，这减少了花费的时间，并简化了设计迭代和故障排除中的沟通。

PathWave设计环境和PathWave测试环境都位于PathWave平台中，这是一个系统工程平台，消除了设计、测试和制造团队之间的孤岛，提供数据和即时见解，以加速产品开发生命周期。在未来，PathWave将成为学生在将设计可视化变为现实时所想到的东西。

NI AWR集团，加州埃尔塞贡多

NI AWR设计环境平台是在RF设计人员的考虑下构思和开发的，使单个工程师和工程团队能够在制造之前解决设计过程的所有阶段(探索、仿真、优化和验证)，同时还能以最小的设计返工提供到制造和测试的平稳过渡。

微波办公电路设计软件是20年前在巴尔的摩举行的IMS1998上推出的，具有基于windows的用户界面和实时调谐条图10)引起了许多与会者的注意，使AWR及其产品闻名于世。从一开始，软件的整体框架就被设计为随时支持第三方工具和技术，补充产品功能，并为设计人员提供选择的权力，以及最大的灵活性和生产力。

NI AWR软件平台已经扩展到提供更多创新，如AXIEM和Analyst™本地EM求解器，Visual System Simulator™系统仿真软件和AntSyn™天线合成技术，以及基于向导的功能和第三方附加组件，进一步提高射频设计人员的生产力。

NI AWR设计环境用户界面是一个基于windows的、仅限pc的平台，它始终利用应用程序编程接口(API)和面向对象编程，具有独特的底层统一数据模型体系结构，以革命性的方式将电气和物理设计联系起来。对其中一个的更改会立即更改另一个，反之亦然，从而消除了使用替代工具所需的手动操作。

该环境的框架进一步构建为一个套接字，用于本地或第三方合作伙伴提供的工具和技术的即插即用。例如，NI AWR设计环境平台中的EM Socket™接口集成了AXIEM 3D平面和Analyst 3D EM求解器，以及来自Sonnet、simula CST和ANSYS等其他EM供应商的解决方案。许多其他的向导和附加模块，无论是内部开发的还是由合作伙伴公司开发的，都将“插入”到NI AWR软件框架中，以进一步提高工程生产力。

NI AWR设计环境软件的高频电路、系统和EM功能解决了射频/微波产品开发的关键设计步骤，从表征和模拟到探索、优化、合规性和验证，始终牢记软件团队的口号“加速客户设计成功”。

该平台的下一个创新前沿是通过合成技术和技术加速设计启动和探索。基于用户定义的性能目标，今年将引入一种新的网络综合功能，用于创建具有离散和分布式组件的优化双端口匹配网络(参见图11）.专有的综合算法搜索最佳电路类型并优化元件参数值。该功能加入了NI AWR产品组合中的现有合成工具，包括iffilter™滤波器合成和AntSyn自动天线设计，合成和优化等产品。

新上市的合成工具将帮助射频设计工程师直接根据性能规格开发新产品，大大加快设计过程的早期阶段。这个新模块的第一个版本作为V14版本的附加版本提供，将特别有助于具有挑战性的宽带单级和多级放大器以及天线/放大器匹配网络。