1/1各種計算電磁學方法比較微波EDA仿真軟件與電磁場的數值算法親密相關，在介紹微波EDA軟件之前先簡要的介紹一下微波電磁場理論的數值算法。全部的數值算法都是建立在Maxwell方程組之上的，了解Maxwell方程是學習電磁場數值算法的基礎。

計算電磁學中有眾多不同的演法，如時域有限差分法（FDTD）、時域有限積分法（FITD）、有限元法（FE）、矩量法（MoM）、邊界元法（BEM）、譜域法（SM）、傳輸線法（TLM）、模式匹配法（MM）、橫向諧振法（TRM）、線方法（ML）和解析法等等。

在頻域，數值算法有：有限元法(FEM--FiniteElementMethod）、矩量法(MoM--MethodofMoments），差分法(FDM--FiniteDifferenceMethods），邊界元法(BEM--BoundaryElementMethod），和傳輸線法(TLM--Transmission-Line-matrixMethod）。

在時域，數值算法有：時域有限差分法(FDTD-FiniteDifferenceTimeDomain），和有限積分法(FIT-FiniteIntegrationTechnology）。

這些方法中有解析法、半解析法和數值方法。數值方法中又分零階、一階、二階和高階方法。依照解析程度由低到高排列，依次是：時域有限差分法（FDTD）、傳輸線法（TLM）、時域有限積分法（FITD）、有限元法（FEM）、矩量法（MoM）、線方法（ML）、邊界元法（BEM）、譜域法（SM）、模式匹配法（MM）、橫向諧振法（TRM）、和解析法。依照結果的精確?????度由高到低，分別是：解析法、半解析法、數值方法。在數值方法中，根據結果的精確?????度有高到低，分別是：高階、二階、一階和零階。時域有限差分法（FDTD）、時域有限積分法（FITD）、有限元法（FEM）、矩量法（MoM）、傳輸線法（TLM）、線方法（ML）是純粹的數值方法；邊界元法（BEM）、譜域法（SM）、模式匹配法（MM）、橫向諧振法（TRM）則均具有較高的辨別率。模式匹配法（MM）是一個半解析法，如果傳輸線的橫向模式是精確?????可得的話。理論上，模式可以是連續譜。但由于數值求解精度的限制，通常要求橫向模式是離散譜。這就要求橫向結構上是無耗的。更通俗地講，就是無耗波導結構。換言之，MM最適用于波導空腔、高Q且在能量傳輸的某一維上結構具有肯定的勻稱性。譬如，它適用于兩個圓柱腔在高度維上的耦合的分析，但不適用于兩個葫蘆間的耦合分析，由于后者沒有特別明確的模式參加能量交換，人們只能將大量的模式一并考慮，這樣就降低了MM的效用。有限元法（FEM）是一種一階純數值方法（若用一階元的話）。它適用于任何外形的結構，是一個通用的方法。但事物總是一分為二的。一般來說，通用方法在特別應用領域的效率將不如特別方法。對于高Q空腔濾波器設計，MM就遠優于FEM。

假如想進一步了解各種數值算法的詳細實現，可以參閱以下幾本書籍：①MicrowaveCircuitModelingUsingElectromagneticFieldSimulation,②NumericalTechniquesinElectromagnetics,③ElectromagmeticSimunationUsingtheFDTDMethod，④ComplexeletromagneticproblemsandnumericalSimulationApproaches。

使用矩量法(MoM）的微波EDA軟件有ADS，Sonnet，AnsoftDesigner，MicrowaveOffice,ZelandIE3D，AnsoftEsemble，SuperNEC和FEKO；使用有限元法(FEM）的微波EDA軟件有HFSS和ANSYS；使用時域有限差分法(FDTD）的微波EDA軟件有EMPIRE和XFDTD，使用有限積分法(FITD）的微波EDA軟件有CSTMicrowaveStudio。

下面來介紹較流行幾種的微波EDA軟件的功能和應用。

ADS-AdvancedDesignSystem，是Agilent公司推出的微波電路和通信系統彷真軟件，是國內各高校和討論所使用最多的軟件之一。其功能特別強大，仿真手段豐富多樣，可實現包括時域和頻域、數字與模擬、線性與非線性、雜散等多種模擬分析手段，并可對設計結果進行成品率分析與優化，從而大大提高了簡單電路的設計效率，是特別優秀的微波電路、系統信號鏈路的設計工具。主要應用于：射頻和微波電路的設計，通信系統的設計，DSP設計和向量彷真。

AnsoftDesigner，是Ansoft公司推出的微波電路和通信系統彷真軟件；它采納了最新的窗口技術，是第一個將高頻電路系統,版圖和電磁場彷真工具無縫地集成到同一個環境的設計工具，這種集成不是簡潔和接口集成,其關鍵是AnsoftDesigner獨有的"按需求解'的技術，它使你能夠依據需要選擇求解器，從而實現對設計過程的完全掌握。AnsoftDesigner實現了"所見即所得'的自動化版圖功能，版圖與原理圖自動同步，大大提高了版圖設計效率。同時，Ansoft還能便利地與其他設計軟件集成到一起，并可以和測試儀器連接，完成各種設計任務，如頻率合成器，鎖相環，通信系統，雷達系統以及放大器，溷頻器，濾波器，移相器，功率安排器，合成器和微帶天線等。主要應用于：射頻和微波電路的設計，通信系統的設計，電路板和模塊設計，部件設計。

AnsoftHFSS，是Ansoft公司推出的三維電磁彷真軟件；是世界上第一個商業化的三維結構電磁場彷真軟件，業界公認的三維電磁場設計和分析的電子設計工業標準。HFSS供應了一簡潔直觀的用戶設計接口、精確自適應的場解器、擁有空前電性能分析力量的功能強大后處理器，能計算任意外形三維無源結構的S參數和全波電磁場。HFSS軟件擁有強大的天線設計功能，它可以計算天線參量，如增益、方向性、遠場方向圖剖面、遠場3D圖和3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場重量、圓極化場重量、Ludwig第三定義場重量和軸比。使用HFSS，可以計算：①基本電磁場數值解和開邊界問題，近遠場輻射問題；②端口特征阻抗和傳輸常數；③S參數和相應埠阻抗的歸一化S參數；④結構的本征模或諧振解。而且，由AnsoftHFSS和AnsoftDesigner構成的Ansoft高頻解決方桉，是目前唯一以物理原型為基礎的高頻設計解決方桉，供應了從系統到電路直至部件級的快速而精確的設計手段，掩蓋了高頻設計的全部環節。

MicrowaveOffice，是AWR公司推出的微波EDA軟件，為微波平面電路設計供應了最完整,最快速和最精確的解答。它是通過兩個仿真器來對微波平面電路進行模擬和彷真的。對于由集總組件構成的電路，用電路的方法來處理較為簡便；該軟件設有"VoltaireXL'的仿真器來處理集總組件構成的微波平面電路問題。而對于由詳細的微帶幾何圖形構成的分布參數微波平面電路則采納場的方法較為有效；該軟件采納的是EMSight的仿真器來處理任何多層平面結構的三維電磁場的問題。VoltaireXL仿真器內設一個組件庫，在建立電路模型時，可以調出微波電路所用的組件，其中無源器件有電感、電阻、電容、諧振電路、微帶線、帶狀線、同軸線等等，非線性器件有雙極晶體管，場效應晶體管，二極管等等。EMSight仿真器是一個三維電磁場模擬程序包，可用于平面高頻電路和天線結構的分析。特點是把修正譜域矩量法與直觀的窗口圖形用戶接口(GUI）技術結合起來，使得計算速度加快很多。MWO可以分析射頻集成電路(RFIC）、微波單片集成電路(MMIC）、微帶貼片天線和高速印制電路(PCB）等電路的電氣特性。

XFDTD，是Remcom公司推出的基于時域有限差分法(FDTD）的三維全波電磁場彷真軟件。XFDTD用戶接口友好、計算精確?????；但XFDTD本身沒有優化功能，須通過第三方軟件Engineous完成優化。該軟件最早用于彷真蜂窩電話，長于手機天線和SAR計算。現在廣泛用于無線、微波電路、雷達散射計算，化學、光學、陸基警戒雷達和生物組織彷真。

ZelandIE3D，IE3D是一個基于矩量法的電磁場彷真工具，可以解決多層介質環境下的三維金屬結構的電流分布問題。IE3D可分為MGRID、MODUA和PATTERNVIEW三部分；MGRID為IE3D的前處理套件，功能有建立電路結構、設定基板與金屬材料的參數和設定模擬彷真參數；MOODUA是IE3D的核心執行套件，可執行電磁場的模擬彷真計算、性能參數（Smith園圖，S參數等）計算和執行參數優化計算；PATTERNVIEW是IE3D的后處理套件，可以將彷真計算結果，電磁場的分布以等高線或向量場的形式顯示出來。IE3D彷真結果包括S、Y、Z參數，VWSR，RLC等效電路，電流分布，近場分布和輻射方向圖，方向性，效率和RCS等；應用范圍主要是在微波射頻電路、多層印刷電路板、平面微帶天線設計的分析與設計。

CSTMICROWAVESTUDIO，是德國CST（ComputerSimulationTechnology）公司推出的高頻三維電磁場彷真軟件。廣泛應用于移動通信、無線通信（藍牙系統）、信號集成和電磁兼容等領域。MICROWAVESTUDIO使用簡潔，能為用戶的高頻設計供應直觀的電磁特性。MICROWAVESTUDIO除了主要的時域求解器模塊外，還為某些特別應用供應本征模及頻域求解器模塊。CAD文件的導入功能及SPICE參量的提取增加了設計的可能性并縮短了設計時間。另外，由于MICROWAVESTUDIO的開放性體系結構能為其他彷真軟件供應鏈結，使MICROWAVESTUDIO與其他設計環境相集成。

Sonnet，是一種基于矩量法的電磁仿真軟件，供應面對3D平面高頻電路設計系統以及在微波、毫米波領域和電磁兼容/電磁干擾設計的EDA工具。SonnetTM應用于平面高頻電磁場分析，頻率從1MHz到幾千GHz。主要的應用有：微帶匹配網絡、微帶電路、微帶濾波器、帶狀線電路、帶狀線濾波器、過孔（層的連接或接地）、偶合線分析、PCB板電路分析、PCB板干擾分析、橋式螺線電感器、平面高溫超導電路分析、毫米波集成電路（MMIC）設計和分析、溷合匹配的電路分析、HDI和LTCC轉換、單層或多層傳輸線的精確分析、多層的平面的電路分析、單層或多層的平面天線分析、平面天線陣分析、平面偶合孔的分析等。

FEKO，FEKO是德語FeldberechnungbeiKorpernmitbeliebigerOberflache(任意簡單電磁場計算)首字母的縮寫。本產品用于簡單外形三維物體的電磁場分析。FEKO是針對天線設計、天線布局與電磁兼容性分析而開發的專業電磁場分析軟件，從嚴格的電磁場積分方程動身，以經典的矩量法（MOM：MethodOfMoment）為基礎，采納了多層快速多級子（MLFMM：Multi-LevelFastMultipoleMethod）算法在保持精度的前提下大大提高了計算效率，并將矩量法與經典的高頻分析方法（物理光學PO：PhysicalOptics，全都性繞射理論UTD：UniformTheoryofDiffraction）無縫結合，從而特別適合于分析天線設計、雷達散射截面（RCS）、開域輻射、電磁兼容中的各類電磁場分析問題。5.0以后的Feko版本更是溷合了有限元法（FEM：FiniteElementMethod），能更精確的處理多層電介質（如多層介質雷達罩）、生物體汲取率的問題。Feko通常處理問題的方法是：對于電小結構的天線等電磁場問題，FEKO采納完全的矩量法進行分析，保證了結果的高精度。對于具有電小與電大尺寸溷合的結構，FEKO既可以采納高效的基于矩量法的多層快速多極子法，又可以將問題分解后選用合適的溷合方法（如用矩量法、多層快速多級子分析電小結構部分，而用高頻方法分析電大結構部分），從而保證了高精度和高效率的完善結合，因此在處理電大尺寸問題如天線設計、RCS計算等方面，其速度和精度均無以倫比。采納以上的技術路線，Feko可以針對不同的詳細問題選取不同的方法來進行快速精確的彷真分析，使得應用更加敏捷，適用范圍更廣泛，突破了單一數值計算方法只能局限于某一類電磁問題的限制。由于Feko基于嚴格的積分方程，因此它不需要建立汲取邊界條件，沒有數值色散誤差，在計算電大尺寸問題時不會因尺寸增加而誤差增大。而且，Feko支持工程中的各種激勵、模式，可以構建任意結構、材料的模型，依據用戶要求可以考慮多種不同層面的問題。除了計算內核的高效率和強大的功能外，Feko還具有友好的用戶接口、完善的前后處理功能以及良好的接口兼容性。Feko前處理的建模功能供應了各種規章幾何體的直接創建，支持全參數化的幾何尺寸輸入，可以進行多種布爾操作和旋轉、扭曲、螺旋、拉伸等操作。此外，幾乎全部目前的主流CAD軟件建立的模型都可以直接輸入到Feko中進行計算，這一功能大大簡化了簡單模型的構建難度。Feko友好的用戶接口使得用戶對解的設置和掌握變得