Sämtliche Schlüsseltechnologien sind bei NI AWR V12 in eine einzige Umgebung integriert. Die Schaltungsentwurf-Software Microwave Office ist eine komplette Tool-Suite mit hochmodernen Schaltungssimulatoren, Leiterplattenlayout-Generatoren und EM-Simulatoren. Für die Schaltungssimulation kommen die besten verfügbaren APLAC-Frequenz- und Zeitbereichssimulatoren zum Einsatz. Die EM-Simulation basiert auf AXIEM für planare Simulationen und Analyst für 3D-Simulationen nach der Finite-Elemente-Methode. Visual System Simulator (VSS) ist ein umfassender HF-Systemsimulator mit diversen Funktionen, die speziell auf HF-Kommunikations- und Radarsysteme zugeschnitten sind.
V12-Funktionen entsprechen NI-AWR-Grundprinzipien
NI AWR entwickelt seine Software nach drei übergeordneten Prinzipien:
- Schnellere und genauere Simulation in kritischen Anwendungsbereichen
- Optimierung der Arbeitsabläufe von Entwicklern durch eine integrierte, intuitive und vollständige Entwicklungsumgebung
- Unterstützung für einen offenen Design-Flow, der es erlaubt, die besten verfügbaren Tools von Drittanbietern einzubinden und so zu optimalen Lösungen zu gelangen
Die neuen Funktionen von V12 entsprechen diesen Punkten. Neue Funktionen verbessern die Bedienung der Software. Tools von Drittanbietern wurden integriert: AMCAD STAN für Stabilitätsanalysen und Design Workshop Technologies für Design-Rule-Checking und Layout-Verifikation (DRC/LVS). Für die drei kritischen Bereiche Verstärkerdesign, Radardesign sowie Co-Simulation der Antennenperformance mit Schaltungen und Systemen gibt es auch neue, leistungsstarke Funktionen.
Fokus liegt auf Verstärker, Antennenleistung und Radar
Viele Kunden von NI AWR entwickeln hochleistungsfähige Kommunikations- und militärische Systeme. V12 bietet eine verbesserte Simulation und Modellierung zweier kritischer Schaltungskomponenten: Leistungsverstärker und Antennen. Die Verbesserungen der Radarsimulation betreffen hauptsächlich die Systemebene. Verstärker in Kommunikationssystemen sind aus Gründen der Energieeffizienz in hohem Masse nichtlinear, was deren Entwurf und Simulation erschwert. V12 bietet mehrere Features, die dieses Problem angehen: Unterstützung für neue Load-Pull-Standards, Verbesserungen an der Load-Pull-Visualisierung und verbesserte Funktionen zur Stabilitätsanalyse. Auch Antennen sind kritische Komponenten eines jeden Funksystems. Die Interaktion der Antenne mit der Treiberschaltung und dem Speisenetzwerk muss im Entwurfsprozess genau modelliert werden. V12 erlaubt dies jetzt und bietet somit auch Verbesserungen bei der Radarsimulation, insbesondere bei der Modellierung von Phased-Array-Antennen. Man kann realistische Richtcharakteristiken aus der EM-Simulation einbeziehen und dadurch noch genauere Ergebnisse erzielen.
Verstärkerentwurf mit der Load-Pull-Simulation
Seit über einem Jahrzehnt gilt die Load-Pull-Simulation als ein nützliches Tool für den Entwurf von Verstärkern. Die vor einiger Zeit von Herstellern von Load-Pull-Messsystemen wie Maury Microwave und Focus Microwaves eingeführten Neuerungen bei den Load-Pull-Dateiformaten haben den Nutzen der Load-Pull-Charakterisierung noch signifikant gesteigert. Die neuen Dateiformate unterstützen nicht nur den Sweep der Quellen- oder Lastimpedanz, sondern zusätzlich noch den Sweep einer unabhängigen Variablen wie Eingangsleistung, DC-Bias oder Temperatur.
Diese erweiterten Daten lassen sich jetzt bei der Load-Pull-Simulation zur Bestimmung der Impedanz des Testobjekts bei harmonischen Frequenzen heranziehen; dies vereinfacht und beschleunigt den Entwurfsprozess erheblich. V12 bietet neue, wichtige Load-Pull-Messfunktionen und gestattet es dem Benutzer, durch sein grafisches Bedienkonzept die erweiterte Funktionalität der neuen Load-Pull-Dateiformate intuitiv zu nutzen. Bild 1 zeigt ein Beispiel. Der Entwickler kann die Eingangsleistungen, mit denen die Load-Pull-Messungen durchgeführt wurden, direkt ablesen. Wenn der Marker verschoben wird, werden alle Messwerte und Grafiken automatisch anhand der jeweiligen Load-Pull-Daten aktualisiert.
Bild 2 zeigt ein Beispiel für die neuen Messfunktionen. Die rote Kurve markiert den Bereich, innerhalb dessen die Last liegen muss, damit der geforderte Wirkungsgrad und die geforderte Ausgangsleistung erzielt werden. Wenn, wie in Bild 1, die Eingangsleistung verändert wird, werden die Kurven und Messwerte automatisch aktualisiert (Bild 2).
Neben den Verbesserungen an der Load-Pull-Simulation bietet V12 auch erweiterte Stabilitätsanalysefunktionen und eine Datenverbindung zum STAN-Tool von AMCAD Engineering. Die Stabilität der heute üblichen mehrstufigen Verstärker vorherzusagen ist nicht ganz einfach. STAN ermöglicht dem Entwickler, interne Schaltungspunkte auf etwaige Verletzung von Stabilitätskriterien zu überprüfen. Dadurch kann Schwingen, das unter Umständen desaströse Folgen haben kann, ohne Performance-Einbussen vermieden werden.
Antennen sind kritische Komponenten in der Schaltungssimulation
Antennen sind kritische Komponenten von Funkkommunikationssystemen. Die meisten Antennen haben mehrere Eingänge, wobei die Richtcharakteristik über die Phasenlage der Treibersignale gesteuert wird. Deshalb müssen Entwickler in der Lage sein, den Einfluss der Treiberschaltung auf die Richtcharakteristik vorherzusagen. Wenn sich die Richtcharakteristik ändert, ändert sich auch die Last, die die Antenne für die Treiberschaltung darstellt.
Die Antenne und die Treiberschaltung beeinflussen sich gegenseitig. Dank der In-situ-Antennenanalyse, die die Software V12 bietet, kann man diese Interaktion simulieren. Die linke Hälfte in Bild 3 zeigt ein Beispiel für ein 4 × 4-Patch-Array, dessen Strahlrichtung gesteuert wird, indem die Phasen und Amplituden der Treibersignale für jedes einzelne Element entsprechend variiert werden. Der rechte Teil in Bild 3 zeigt die oberste Ebene des Speisenetzwerks mit den S-Parameter-Simulationsergebnissen aus der EM-Simulation.
Bild 4 zeigt dreidimensional die Richtcharakteristik des Antennenarrays. Beim Durchstimmen des Tuners ändern sich die Eingangssignale der einzelnen Elemente und entsprechend auch die Strahlrichtung des Arrays. Alle Parameter, die in Microwave Office durchgestimmt werden können, lassen sich auch optimieren. So lassen sich beispielsweise die Amplituden der Seitenkeulen der Antenne für bestimmte Speisenetzwerkcharakteristiken optimieren. Im nächsten Schritt können die Richtcharakteristiken an den Systemsimulator VSS übergeben und in Ausbreitungsmodelle von Kommunikationssystemen eingesetzt werden. Der Systementwickler kann dadurch die Performance des kompletten Systems besser vorhersagen.
Radardesign
V12 erweitert die Radardesignfunktionen des VSS. Ein verbessertes Phase-Array-Modell unterstützt die Simulation grosser Arrays, wobei zahlreiche Optionen für Speisung und Geometrie zur Auswahl stehen. Die Software erlaubt es, die gesamte HF-Kette des Systems, einschliesslich Verstärkern, Mischern und Filtern, zu entwerfen. Wenn das Phase-Array-Modell in die Sende-/Empfangskette eingefügt wird, kann das gesamte System auf maximale Leistungsfähigkeit optimiert, und Leistungseinbussen infolge von Unzulänglichkeiten der Antenne, können minimiert werden.
Spürbare Produktivitätssteigerungen
Wie bereits erwähnt, geht es uns bei jeder neuen Version von NI AWR stets darum, die Simulation weiter zu verbessern – das gilt auch für V12. Die EM-Analyse wurde an vielen wichtigen Stellen verbessert. Der 3D-Simulator-Analyst ist jetzt wesentlich schneller und nutzt die Computerressourcen effizienter. APLACs Harmonic Balance Engine wurde auf Effizienz getrimmt, dadurch laufen Simulationen, die Optimierung und Tuning erfordern, jetzt schneller.
Auch die Benutzerfreundlichkeit wurde weiter verbessert. In EM wurde die EM-Extraktion um Analyst erweitert. Dieses beliebte Feature gestattet Entwicklern, kritische Teile ihrer Schaltungen zu simulieren, ohne die Simulation manuell einrichten zu müssen; das spart Zeit und verringert das Fehlerrisiko. Die Benutzerumgebung wurde um diverse nützliche Features erweitert, darunter verbesserte Dokumentationsmöglichkeiten für Schaltbilder, Simulationsergebnisse und Layouts; zudem lassen sich Messungen jetzt flexibler organisieren.
NI AWR ist bestrebt, die Integration von Lösungen anderer Anbieter zu verbessern und zu erweitern, wenn dies für den Kunden von Nutzen ist. V12 liefert dafür zwei bemerkenswerte Beispiele: STAN, das Stabilitätsanalysetool von AMCAD sowie die DRC- und LVS-Tools von DWT. Durch die Integration dieser Tools sind Entwickler jetzt in der Lage, ihre eigenen Designregeln für ihre Module und Leiterplattentechnologien zu erstellen.
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