zeland software, inc ie3d发布号 9.2 用户手册

Zeland Software Inc IE3D Number 9.2 user manual http://www.manuallib.com/file/1350092

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IE3D 用户手册

发布号 9.2

Zeland Software, Inc.

2002.8


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任何部分都禁止通过任何形式和任何手段进行任何目的的复制或传播。对于由使用本手册

及其描述的软件带来的任何损失和毁坏，Zeland Software, Inc.不承担任何责任。第 1 版，1993.2 第 2 版，1993.7 第 3 版，1993.11 第 4 版，1994.2 第 5 版，1994.5 第 6 版，1994.9 第 7 版，1995.3 第 8 版，1995.9 第 9 版，1996.1 第 10 版，1997.1 第 11 版，1997.4 第 12 版，1997.6 第 13 版，1998.8 第 14 版，1999.6 第 15 版，1999.12 第 16 版，2001.1 第 17 版，2002.3 第 18 版，2002.8 © Copyright 1992-2002, Zeland Software, Inc. All rights reserved.

除非注明，这里所有的公司名、产品名都是完整假定的过程的一部分，都是为了描述

Zeland Software, Inc.产品 IE3D 的使用而专门设计的。为获取技术支持、任何建议或报告其中的错误，请按以下方式联系：

Zeland Software, Inc., 39120 Argonaut Way, PMB 499, Fremont, CA 94538, U.S.A.

Phone: (510)623-7162 (510)623-7135 E-mail: [email protected] Web Site: http://www.zeland.com


第一章引言

电磁仿真是一种新技术，在复杂微波和射频印刷电路、天线、高速数字电路和其它电

子元件设计中，可提供高准确度的分析和设计。IE3D 集成了全波电磁仿真和优化包，可

用于分析和设计三维微带天线和高频印刷电路和数字电路，如微波和毫米波集成电路(MMIC)

以及高速印刷电路板(PCB)。自 1993 年在 MTT 论坛正式介绍以来，IE3D 已被接受为平面和

3D 电磁仿真的工业标准，其间 IE3D 有了很多改善。IE3D 已成为通用的、简单易学、高

效准确的仿真工具。

下面的章节为使用 IE3D 组件提供一个指南，重点是线路图编辑器 MGRID、示意图编

辑器 MODUA 和方向图显示后处理机 PATTERNVIEW。在 IE3D9.0 前，电流显示和方向图计算

由 CURVIEW 完成，从 IE3D9.0 起，CURVIEW 的大部分功能被很大改善并完全集成到面向对

象的图形界面 MGRID9.0 中。尽管如此，IE3D9.0 仍提供 CURVIEW，以后的版本中将逐步淘

汰。IE3D 手册中不讨论 CURVIEW 的用法。

在实际例子之前，先简要介绍一些理论。对于不需知道 IE3D 理论部分的用户，可跳

过本章第 1 至 3 节。实际上，对没有很多数值仿真经验的用户，建议在学完下章具有更多

知识后再阅读下面的两节。

第一节基础理论及应用

IE3D 的初始方程是一个通过格林函数得到的积分方程，IE3D 既可仿真金属结构上的

电流又可仿真金属口面上反映场分布的磁流。简单起见，下面的讨论只集中在电流方程，

磁流方程同理可得。

图 1.1 一个作用于金属结构的入射场

对一般电磁散射问题，假设电介质中有一导体结构，如图 1.1。一入射场作用于此结

构，在其上感生出电流分布。感生电流产生次生场以满足金属结构的边界条件。对一个典

型的导体结构，感生电流分布在导体表面且边界条件为：

E( r ) = Zs( r ) J( r ), r ∈ S (1) 其中 S 是导体表面，E(r)是表面上总切向场，J(r)是表面电流分布，s(r)是导体表面阻抗。

多层介质中结构总场写为

E( r ) = Ei( r ) + ∫S G( r | r' ) · J ( r' ) ds' (2)

其中 G(r r')是电介质的二阶格林函数，Ei(r)是导体表面的入射场，除导体 S 的边界条件，

G(r|r')还满足分层电介质边界条件。


(2)代入(1)得积分方程， Zs( r ) J( r ) = Ei( r ) + ∫S G( r | r' ) · J ( r' ) ds' (3)

入射场和表面阻抗已知，可求解格林函数，未知量是电流分布 J(r)。假设电流分布由一组完备的基本方程表示，

J( r ) = Σn In Bn( r ), n = 1, 2, ... (4) 可得 Zs( r ) Σn In Bn( r ) = Ei( r ) + Σn In ∫S G( r | r' ) · Bn( r' ) ds' (5)

利用 Galerkin 过程，将(5)转化为一个矩阵方程， ∫S ds Ei( r ) · Bn( r ) = Sn In { ∫S ds Zs( r ) Bm( r ) · Bn( r ) - ∫S ds ∫S ds' Bm( r ) · G( r | r' ) · Bn( r' ) } (6)

上述过程是为了将(5)用一组完备检验方程表示，且这些检验方程和基本方程相同。

一组完备的基本方程由无限个项组成，于是方程(6)是一个无限元问题，只能得到近似数值

解。近似是用有限项截取无穷序列，从数学上讲这个截取是一个投射过程，将实际的无穷

多元解投射到有限元。如果选择有限元，那么实际解的主要部分都在这个有限元中，这样

就可得到很好的近似。投射后方程(6)变成一个 N×N 矩阵方程： [Zmn] [Im] = [Vm] (7) 其中 Zmn = ∫S ds Zs( r ) Bm( r ) · Bn( r ) - ∫S ds ∫S ds' Bm( r ) · G( r | r' ) · Bn( r' ) (8) Vm = ∫S ds Ei( r ) · Bn( r ) (9)

方程(7)到(9)的解是电流分布系数。得到电流分布系数后，可以计算 S 参数、辐射方

向图、RLC 等效电路，以及任何其它感兴趣的参数。所有时域方法(或时域法，MOM)方程，无论简单还是复杂，都具有(7)到(9)形式的方

程，不同点是基本方程和格林函数的选择。考虑到基本方程和并矢格林函数，主要和(8)中的二重表面积分的效率和准确度评估

相联系，有很多选择方法。

第二节均匀和非均匀网格化基本功能

对一般目的的电磁仿真器，在一个网格化的结构中使用基本方程，问题是网格化是均

匀的还是非均匀的。利用 FFT 计算(8)中二重表面积分的仿真器使用均匀网格，对基于均匀网格的仿真

器，线路图被分解到均匀网格。然后如图所示，用户将利用网格点绘制电路，此过程基本

把电路填入到如图 1.2 所示的一个均匀网格中。如电路不能填充到一个均匀网格，有两个

选择：一个选择是将不能填充的部分切掉并忽略不计；另一个选择是改善均匀网格以得到

更好的近似。对时域方法，将网格缩小一半意味着单元数增加四倍，单元数增加四倍意味

着仿真时间增加 16 倍。当然，对基于均匀网格的电磁仿真器，均匀网格化可有一个大准确度和效率限制。

因为利用 FFT 法则计算(8)中的二重表面积分，均匀网格基本方程仍被一些仿真器采用。在 IE3D，采用一个三角形和矩形混合的网格化方案，并利用非均匀网格基本方程。

基于非均匀网格的仿真器可更好的解决一个问题，用户首先在线路图编辑器绘制一个电

路，然后仿真器把一个非均匀的三角形和矩形网格填入其中。此过程中仿真器建立非均匀

网格来适应电路，而不是将电路填入到一个事先定义的均匀网格。图 1.3 给出了一个数值


建模中的两个典型网格化方案，从图 1.2 和 1.3 间的比较可知，非均匀网格化方案更灵活、

高效且比均匀网格化方案准确，可比均匀网格化创建少的多的单元。一些人声称均匀网格化仿真器要比非均匀网格化仿真器准确的多，这实际上是对概念

的误导。总之，非均匀网格化仿真器可比均匀网格仿真器更准确的近似实际结构，因为不必忽

略电路的不规则部分。

图 1.2 均匀网格化创建大量单元： (a) 一个微带转角结构绘制在均匀网格线

路图中。(b) 转角在资料库中更改以填充到一个均匀网格，结构内部

的单元用于实际计算，共创建了 83 个单元。

图 1.3 非均匀网格化灵活、高效且准确：(a) 图 1.2(a)中结构的粗糙非均匀网格化，在结构

外形未采用近似，共创建了 8 个单元。(b) 为提高准确度在边缘创建小边缘单元，共创建了 29个单元，沿结构边缘小单元用来仿真电流分布的边缘效应。

即使电路可填充到一个均匀网格中，均匀网格化仿真器通常会建立更多的单元，于是

计算中有更多的未知量。从数学上讲，更多的未知量通常意味着更高的准确度，单在均匀

网格和非均匀网格中这个规律可能不适用。均匀网格产生更多未知量，然而并不是利用临


界区中的所有未知量，而是在各处都使用更多单元。用户并不关心需要更多未知量的区

域，在非均匀网格化仿真器中，可在需要更多未知量的区域建立小单元并在需要更少未知

量的区域中使用大单元。很多人可能知道，对图 4.1 所示的微带线，一些边缘处的电流分布密度可能会出现异

常。这里试图用 roof-top 函数近似微带上的电流分布，这是一个在轴向倾斜而横向为常数

的函数。一个典型的 IE3D 仿真横向使用 1-5 个单元。用户可能会奇怪，为什么用 1-5 个单

元就可以得到准确的结果。图 1.4 表明，即使在横向使用很多单元也不会得到很高准确度

的电流密度，这对电流密度总是成立的。实际上，无论在横向使用多少个单元，仍不能得

到微带边缘处准确的电流分布。然而，即使在横向使用几个单元就可得到准确电路或天线

参数。为什么会这样呢？对一个电路设计者，感兴趣的参数是 S 参数（或 y-，z-参数），这些参数和一个端

口上横向总的电流直接联系。于是，电路设计者实际关心的参数是总电流，也就是电流密

度积分。对天线设计者，另外一个感兴趣的参数是辐射方向图，也是对电流密度积分的量

度。于是，设计者感兴趣的参数是电流密度的积分而不是电流密度本身。

图 1.4

奇怪的是，利用 roof-top 函数的 MOM 编码在预测横向电流上很准确，即使只在横向

使用 1-5 个单元。对快速仿真，IE3D 在横向使用 1 个单元(如图 1.4b)，仍可得到合理的准

确度。为获得高准确度，在带的边缘使用 2 个单元(如图 1.4c)，对图 1.4d 中的均匀网格，

中间区域的单元确实对改善准确度起不到太大作用，图 1.4d 中基于均匀网格化的仿真可能

不如图 1.4c 中基于非均匀网格化的一个单元准确，因为图 1.4c 中边缘的小单元可更好仿真

沿边缘电流密度的快速变化。均匀网格化和非均匀网格化实例的对比将在附录 M 中讨论。

第三节开放边界，闭合边界和周期性边界

传统上，MOM 电磁仿真器按其作用域分为两类：(1)开放边界格林函数方程；(2)闭合边界格林函数方程。

开放边界格林函数方程用于仿真天线结构及没有金属凯装的大型线路图结构，这正是

多数天线和很多不同 RF 和微波电路的边界条件。闭合边界格林函数方程用于凯装内部的

微波电路，典型例子是微波滤波器。对多数封闭式微波电路，凯装对线路性能影响不大。

开放边界格林函数方程通常也用于得到高准确度的结果，但也有金属外壳对微波电路性能


影响很大的例子，典型例子是微波厚介质层微波滤波器，通常厚介质层使能量集中在路径

的程度较小，更容易从电路辐射。对于非谐振电路，辐射通常很小。然而，当电路谐振

时，将辐射很多能量。事实上，天线就是一个谐振状态下能量辐射的例子，天线设计者利

用谐振实现功率辐射。另一重要的谐振高频应用是滤波器，多数滤波器包括多个耦合频率以得到更好的通带

和阻带性能。电路设计者利用谐振使功率在特定频带内损耗很小的通过电路，不希望功率

在谐振下辐射。对于这样的情况，可用金属凯装阻止功率辐射。对一个典型微带滤波器，

衬底很薄时即使谐振的辐射也很小。然而如果衬底很厚，辐射功率会比滤波器的发射功率

大的多，设计者通常用一个金属凯装阻止辐射。如在这种情况中使用基于开放边界格林函

数的仿真器，可能不能很好的预测厚衬底滤波器的性能，因为开放边界格林函数将预测到

强辐射，而实际上凯装阻止了这样的辐射。传统上，开放边界格林函数方程用于非均匀网格化，闭合边界格林函数方程用于均匀

网格化。正是这个原因，尽管 IE3D７.0 及早期版本中有开放结构灵活结构的建模，而对闭

合结构中灵活几何建模，微波设计者没有一个好的工具，。让人欣慰的是，IE3D8.0 引入了闭合边界格林函数方程和非均匀网格化。对闭合边

界、开放边界和周期边界，IE3D8.0 都为用户提供了大灵活性和非均匀网格化能力。周

期边界用来仿真大型相控阵天线，一个周期性边界单元允许用户研究大型相控阵天线中互

耦的影响。

第四节 IE3D 应用程序及性能

IE3D 包由五个主要的应用程序组成：

MGRID：建立结构的线路图编辑器，以及电流显示和方向图计算后置处理程序。 IE3D ：数值分析的电磁仿真器或仿真引擎。 MODUA ：参数显示和节点电路仿真的示意图编辑器。 PATTERNVIEW：辐射方向图后置处理程序。 IE3DLIBRARY： IE3D 第二个面向对象的界面，针对预定义的简单结构。 CURVIEW：显示电流分布和场分布的后置处理程序，正在被 MGRID9.0 的后置处理

能力取代。 MTRAN：可选的 DXF 转换器。

要完成一个电磁仿真，用户首先从线路图编辑器 MGRID 开始，在 MGRID 中，用户

将一个电路画成一组多边形。建立了多边形并定义端口后，可调用仿真引擎 IE3D 执行电

磁仿真，仿真结果保存到一个与 HP/Eesof 兼容的文件，仿真结果可导入其它流行商业节点

网络或电路仿真器，如 HP/EEsof 的 Touchstone®。仿真结果也可用 IE3D 包中示意图编辑

器 MODUA 显示和处理，MODUA 是一个和 Touchstone®相似的程序，只是它没有大的元件

库。MODUA 不需要这样的库因为任何仿真结果文件和 MGRID 预定义结构文件都可用作

MODUA 模块。用户还可定义电阻、电容、电感、互耦电感、开路、短路和理想连接等集

总元件。电磁仿真的一个优点是用户可获得被仿真结构的场和电流分布，对电路和天线设计者

来说，结构的电流和场分布很有价值。在 IE3D 中，用户可选择为电流分布建立数据文

件。然后运行 MGRID/CURVIEW 程序显示电流分布、辐射方向图和近场。

PATTERNVIEW 扩展了辐射方向图后置处理能力，允许比较同一结构或不同结构不同频率

的辐射方向图。一些用户可能有一个用其它工具建立的结构，MGRID 综合了可选的 DXF 转换器

MTRAN，用户可导入 AutoCAD DXF 格式结构图。对 CIF 或 GDSII 格式，MGRID 提供了

一个共享软件完成转化。全双向的 DXF，GDSII，GERBER 和 CIF 转换用可选的 LinkCAD转换器。对 MTRAN 和 LinkCAD 的更多信息，请联系 Zeland Software, Inc.获取更多信息。


无论在准确度、效率、性能还是可用性，IE3D 都比其它商业化电磁仿真工具有很大

优越性，表 1.1 列出了 IE3D 的主要性能。对任何接触或了解过其它电磁仿真器的用户，都

可通过表 1.1 做对比，与其它仿真器相比，IE3D 提供了更多功能和性能。表 1.1 还可作为用户的快速参考，如用户不清楚 IE3D 是否有某功能，可在任何时间

查阅表 1.1 看该功能是否在列表中。如在列表中，就可通过关键字在索引中找到该功能，

否则，仍可致电 Zeland Software, Inc.获取技术支持。

第五节用户手册结构

本手册中，第 2 章讨论 MGRID，MODUA 和 PATTERNVIEW 的窗口结构，每个项

的功能作简要介绍，另外还列出使用菜单项的页码，用户理解一个菜单项有困难时，随时

都可从第 2 章查得用到该菜单项的位置；第 3 章通过一个微带转角的建立说明基本输入技

术；第 4 章讨论在线路图编辑器 MGRID 中如何保证电连接，该编辑器使用双浮点数描述

多边形顶点位置以保证佳准确度，此外还讨论怎样在 MGRID 中简便构建 3D 结构；第 5章将讨论电流分布、方向图计算和全波电磁优化；第 6 章讨论导入 CIF 格式文件的过程

和关键点，并说明如何准确仿真闭合耦合结构如 MIM 电容器，还演示如何提取集总元件等

效电路及提高等效电路准确度；第 7 章讨论混合电磁和电路仿真及分布式和集总元件优

化；第 8 章集中讨论利用磁流模型为口径结构建模和仿真；第 9 章讨论 IE3D 在信号完整性

中的应用，并讨论怎样从 SPICE 格式提取集总元件 RLC 模型，以及怎样得到电路的瞬时响

应；第 10 章讨论滤波器结构建模；第 11 章讨论线天线和其它 RF 天线建模；第 12 章讨论

准确度和效率的提高；第 13 章讨论天线阵建模，并讨论重要功能“仿真和获取激励”；第

14 章讨论开放和封装结构建模；第 15 章讨论微分结构；附录讨论手册前面部分没有讨论

的一些重要问题。表 1.1 IE3D 电磁仿真器的主要性能

功能和性能通用性特殊性能或说明微带电路是多层介质，有耗且有限大接地板带状线电路是带厚有限的准确建模

共面波导(CPW) 是有限厚度，有耗地面，有限或无限大接地

板开槽线结构是无限大接地板磁流和有限大接地板电流建

模悬浮带状线和其它多层平面电路是对介质和金属层数无限制

高速数字集成和信号完整性是 SPICE 格式 RLCG 等效电流提取，SPICE文件频域校验仿真

有耗硅衬底上的印刷电路是 IE3D 格林函数包括介质和金属中所有损耗

HTS 超导电路是表面影响和高介质介电常数建模同轴电路及凯装带状线电路是任意交叉形状的任意多导体传输线系统建

模微带天线是边缘馈电、探针馈电、近耦合馈电和口径

馈电，对馈源数目和垂直针数目无限制线天线是偶极天线、环形天线、柱面螺旋线和锥形

螺旋线天线、四线天线。比典型线天线法

则更加准确的建模 RF 天线是倒转天线、螺旋天线和任何其它平面和 3D

金属结构平面波入射和 RCS 问题是计算单基和收发分置雷达截面(RCS)

3D 能力是垂直和圆锥形通道孔、空间电桥、3D 互

连，对 3D 结构的形状和结构无限制任意形状结构是对平面和 3D 结构的形状和方向无限制，

利用均匀网格无限制的对结构网格化开放结构是捕捉所有辐射和耦合影响


闭合结构是电壁和磁壁围绕的结构。IE3D8.0 利用严

格的腔体格林函数对闭合结构进行精确建

模周期性结构是周期壁围绕的周期性结构，例如无限阵。

IE3D8.0 利用严格的周期格林函数对周期

性结构进行精确仿真端口数及端口位置未限定提供不同条件下的不同内嵌形式：高准确

度扩展，没有无穷大接地板结构的差动馈

电。对端口位置和方向无限制集总元件和线路图电平仿真是集总元件在线路图和示意图编辑器中均可

定义，插入 S 参数文件混合 EM 和节点仿

真电磁优化是自动调整多边形顶点位置使结构佳

混合电磁和网络优化是 MGRID+MODUA+IE3D 支持混合电磁和

网络及优化反向仿真是用户可提取仿真结构一部分的作用，从而

得到仿真结果中关心的主要部分导电层数未限定用户可以定义任意多的导电层

电路中不同导体特性是

用户可将导体定义为常规导体、HTS 超导

体或薄膜电阻器金属厚度建模是考虑到表面影响，可仿真实际厚金属结构电介质层数未限定不限定介质层数下格林函数的一般函数表

达和应用复介电常数(εr ),导磁率(µr)和电导率(σ ) 是可得到介质层和金属带的复εr，µr，和σ

薄介质层是已在 MMIC 中验证到薄到 0.1 微米硅介质

层高介电常数材料是已在 HTS 电路中验证高至 1000 的介电常

数 MIM 电容器是为准确建模，可选择将耦合板网格化成小

单元；排列两个板上的网格；自动建立网

格化 MIM 或没有通道螺旋电感是简单的一步建立矩形或圆形螺旋电感，仿

真有限厚金属线，仿真空间电桥、有耗接

地板交互图形输入结构是灵活的鼠标输入和键盘输入多边形顶点，

强有力的 2D 和 3D 结构检测便利的几何结构编辑是复制、移动、多边形和顶点提升、自动切

除重合多边形、结构挖洞、多边形连接检

测等在图形编辑中显示 3D 结构是 3D 显示对 3D 结构编辑很有帮助

自动生成几何图形是一步建立通道、接线器、圆形、圆环、曲

线结构、球体、扇形圆锥形和柱面螺旋天

线，圆柱管、探针馈电逼近、缝隙等参数显示是 S, Y, Z 参数和 VSWR 的数据列表，线性图

和史密斯圆图比较结果是同时显示多个仿真和测量结果

曲线拟和及内插是曲线拟和仿真数据以得到圆滑结果节点电路仿真是理想连接两个或更多 S 参数模块或集总元

件计算负载端口信息是 MODUA 允许用户计算不同激励和负载条

件下所以端口的电压、电流和波


等效电路提取是未传输线模型计算 RLCG 等效电路，为用

户创建的等效电路找到参数值频率等效电路提取是 MODUA 支持频率等效电路提取 3D 电流分布显示是显示 2D 矢量电流，3D 电流密度动画，

3D 平均电流密度显示 3D 辐射方向图显示是 3D 方向图，3D 映射方向图, 2D 方向图和

2D 极坐标方向图，线极化和圆极化天线轴比，显示方向系数，辐射功率等参数

辐射参数频响显示是 PATTERNVIEW 支持辐射参数频响显示辐射方向图相位显示是 PATTERNVIEW 提供方向图相位显示

辐射方向图比较是 PATTERNVIEW 提供不同结构不同频率的

辐射方向图比较有载天线辐射方向图是 IE3D 允许用户计算集总元件天线方向图

方向图优化是 IE3D7.0 提供辐射方向图和参数优化方向图旋转是可以旋转 CURVIEW 或 PATTERNVIEW

的方向图。这个功能对无线应用很重要，

因为常用到天线旋转实际地面对方向图的影响是 CURVIEW 和 PATTERVIEW 允许用户添

加实际地面对方向图的影响方向图合并是 PATTERNVIEW 允许合并独立辐射器的方

向图，此功能允许在场仿真中将很大的结

构分解成小的子结构再计算方向图 3D 近场显示是显示 Ex，Ey 和 Ez 或元件的任何组合

保存高质量位图文件是在位图文件保存彩色电流分布、辐射方向

图或近场图在不同激励和负载条件下显示电流和场是集成有源圆极化天线的简单研究

HP/EEsof ®兼容 S 参数是 SPICE 兼容 RLCG 等效电路是

GDSII, DXF, GERBER 和 CIF 双向转换是* 内建 CIF 和 GDSII ，可选 DXF 和

GERBER 时域仿真是* 结合 Zeland 公司的 MDSPICE 仿真器


第二章基本概念和窗口结构

进行任何例子之前，首先介绍一些重要概念，并说明 MGRID、MODUA 和 CURVIEW 的窗

口结构。PATTERNVIEW 窗口参数和 CURVIEW 十分相似，因此不再对 PATTERNVIEW 作详细介

绍。

第一节基本概念

本节解释一些后面章节中经常出现的基本概念：

AEC：自动边缘单元，为保证仿真准确度在边上添加小单元的功能。

AIF：自动智能拟和，可使用户只仿真几个频点得到很多频点的频响，并保证准确度。

单元：网格中的小矩形或三角形。

电流数据文件：

IE3D 在 CURVIEW 中建立的文件，扩展名为.CUR。

光标：鼠标的指针。

内嵌臂：每个扩展端口上的扩展，由仿真器自动建立以稳定结构中的驻波。

设计文件：

由 MODUA 建立并保存的文件，扩展名为.DSG。

边：连接多边形相邻两个顶点形成的直线。

电连接：两个多边形有共用的边时电连接。

Fmax：网格化结构的网格化频率，也称为高应用频率。

图 2.1 MGRID 窗口

几何文件：

MGRID 建立并保存的文件，扩展名为.GEO。

网格： MGRID 窗口中为方便鼠标输入的均匀格。

查看网格：


查看网格化结果。

网格化：将多边形分解成矩形和三角形单元的过程。

小长度：

一个电路能完全填入网格时网格的大长度值。例如：一个 2×5mm 矩形带的小

长度是 1mm。

鼠标：一种输入器件，MGRID 利用有左键和右键的双键鼠标进行选择和数据输入。左键

用来选取目标和菜单，在多边形输入模式，左键通常用来定位顶点，右键用来删

除上个顶点，双击左键将一组顶点形成多边形。

Ncell：每波导波长的单元数，是一个网格化参数，控制网格化的质量。

节点：一个单元的顶点。

优化：用仿真器调节电路形状获取所需性能下佳电路的过程。

方向图文件：

由 IE3D 和 MGRID 建立用来储存方向图信息的文件，须通过 PATTERNVIEW 使用。

多边形：一组顶点依次连接形成的包围区域，在 MGRID 中多边形内部用颜色标志。

端口：端口是一个电路的终端，在 IE3D 中，端口是具有无穷大地面结构的一个终端。没

有无穷大地面，用户需要定义一对端口分别对应正负终端，如不定义成对的端口

可能会出现数值错误。

选择一条边：

MGRID 有两个选择边的方案，第一种是定义一个端口，用户在边上单击鼠标左键

则此边被选作一个端口，另一个方案是圈中一条边的两个顶点。

选择一个多边形：

选择多边形模式下，在一个多边形上单击鼠标左键。

圈中一个多边形：

用窗口选中一个多边形的所有顶点。

Side：一个矩形或三角形单元的边。

仿真：用仿真器计算电路参数的过程。

仿真输入文件：

在 MGRID 或 MODUA 中通过设置仿真或类似过程建立的文件，包含仿真所需全部信

息，包括输出 S 参数文件名、电流数据文件名、仿真频率等。仿真输入文件将被

用作调用 IE3D 仿真引擎的命令行。

顶点：多边形边界上的点。

圈中和圈取（Window and Windowing）：

通常，窗口“window”指屏幕上的一矩形。本手册把“window”作为一个动词，

其动作过程为：移动鼠标光标到左上角，按住左键并拖动鼠标到右下角后松开左

键，此过程定义一个矩形的对角线，这个过程称为圈取。

第二节 MGRID 主窗口结构

MGRID 窗口基本结构如图 2.1，它由一个标题栏、一些菜单、中间的主窗口和右方的

两个子窗口组成。3D 视图窗口是可选的，它有自身的菜单系统，将在第 4节讨论。

从 IE3D9.0 起，电流分布显示和方向图计算后置处理程序被集成在 MGRID9.0 中，

MGRID9.0 也有后置处理程序菜单系统，将在第 3节讨论。

主窗口或中间部分显示正在编辑的电路顶视图，右上角子窗口通常显示 MGRID 状态，

后面称其为状态窗。在多边形输入模式，状态窗显示鼠标位置坐标(x, y, z)以及到上一顶

点的偏移量(dx，dy，dz，drho，dr，φ，θ)。坐标参数定义如图 2.2，右下角子窗口显

示金属层和其相应 z 坐标，称其为层窗口，用不同颜色标志不同金属层上的电路。在层窗

口点击矩形通常将输入集中到该层，3D 视图窗口说明实际 3D 图形的实际结构。

主窗口共 10 个菜单：File，Edit，Param，Input，Adv Edit，Entity，Port，

Optim，View，Process 和 Help，IE3D 9.0 之前还有一个 Element 菜单。IE3D9.0 为更好

的打包去掉了 Element 菜单，其功能已被 MODUA 仿真器完全替代。


每个菜单有一些菜单项，一个菜单可通过在菜单上点击鼠标左键进入，另一方法是按

下 Alt 键的同时按下菜单项中加下划线的字母。例如，可通过 Alt+F 进入 File 菜单。打开

一菜单后，可通过鼠标进入菜单项，或者不必按下 Alt 键而直接按下菜单项中加下划线的

字母。如一个菜单项有快捷键，可不必打开菜单直接通过快捷键进入。下面逐条讨论菜单

项，建议用户运行 MGRID 并查看这些菜单和菜单项的位置。用到菜单项的页码将一并说

明。

1.文件菜单 File。

New：新建。清除内存和窗口建立新电路。

Open：打开。打开一个电路的几何文件(.geo)或一个 CURVIEW 电流分布文件(.cur)。

Save：保存。保存对电路的更改。

Save As：

另存为。将编辑的电路用新文件名保存。

Merge：合并。将其它几何文件合并到正在编辑的文件，此功能在 MGRID9.0 完全引入复制

和粘贴命令后用处很小。

Import：导入。导入 CIF，GDSII，3D 文本或 DXF 格式的几何结构，DXF 导入/导出通过可

选的 MTRAN DXF 转换器完成，对 3D 文本格式，导入将添加到当前结构，其它格式

将清除内存。

Export：导出。将当前线路图导出到 CIF，GDSII，3D 文本，FIDELITY 或 DXF（可选）格

式。

Save Bitmap Picture：

保存位图。将显示保存为位图文件。

Print：打印。打印窗口。

Print Preview：

打印预览。显示要打印的页面。

Print Setup：

打印设置。设置打印机及页面方位。

Exit：退出。关闭 MGRID 窗口。

2. 编辑菜单 Edit。

Undo：撤销。撤销一个更改。

Redo：重复。重复一个撤销。

2D Input：

2D 输入。设置输入模式为二维输入或平面输入，需要二维输入的 z坐标。

Change Layer Z-coordinate：

改变层的 z坐标。更改当前编辑层的 z坐标，层上所有顶点可选移到新层上。

Grow Metallic Thickness on Layer：

增加层上金属厚度。在 2D 层自动添加金属带的另外三个表面，此命令对金属带

厚度的准确建模很有用。

3D Input：

3D 输入。设置输入模式为三维输入，鼠标输入不再能用。顶点坐标通过 Input

菜单前两项输入，这一功能现在很少用到，因为即使对 3D 结构，2D 输入也要比

3D 输入好，本手册不讨论 3D 输入。


图 2.2 坐标系的物理意义

Select Polygon：

选择多边形。将编辑模式设置为选择多边形模式，用户可用鼠标左键点击多边

形选取一多边形。此项第一次被选中时，其编辑集中在所有层，如要选择一个

特定层，需点击右键一次或多次来切换到特定层。另一切换方法是在层窗口的

相应层点击鼠标左键。所选层的信息显示在状态窗。

要退出此模式，在 Edit 菜单中选择 Exit Edit 或者再次选择 Select

Polygon 工具栏。本段讨论的功能同样适用于 Edit 菜单的 Select Polygon

Group 和 Select Vertices。

从 MGRID9.0 起，用户可通过按下“Shift”并点击一个多边形进入选择多边形

模式并直接选取一个多边形。

可混合 Select Polygon，Select Polygon Group 和 Select Vertices 模

式。例如，在 Select Polygon 模式下，可不选择 Exit Edit 直接进入 Select

Vertices 模式，所选多边形的所有顶点在 Select Vertices 模式下成为被选取

的顶点。当从 Select Vertices 切换到 Select Polygon 模式，只有所有顶点被

选中的多边形才在 Select Polygon 模式下被选中。

Select Polygon Group：

选择多边形组。设置到选择多边形组模式，要选取一组多边形，请圈取感兴趣

的多边形，对一个多边形圈取两次将不被选取。从 MGRID9.0 起，用户可通过按

下“Shift”并同时圈取多边形进入选择多边形模式并直接选择一组多边形。

Select Vertices：

选择顶点。设置到顶点选择模式，要选择一组顶点，请圈取感兴趣的顶点。从

MGRID9.0 起，用户可通过按下“Shift”并同时圈取多边形进入选择多边形模式

并直接选择一组顶点。用户应该理解，当通过按下“Shift”键并圈取一组顶点

的方法时，如圈取的顶点包括一个或更多多边形上的所有顶点，GRID 将进入选

择多边形组模式而不是选择顶点模式。

Copy：复制。把选中的多边形拷贝到剪贴板。

Paste：粘贴。将选中的多边形由剪贴板粘贴到当前结构。

Cut：剪切。把选中的多边形剪切到剪贴板。

Delete：删除。删除选中的多边形或顶点。

Object Properties：

对象特征。显示所选多边形或顶点的特征，用户可在此对话框中编辑所选对象，

如定义了多种金属带类型，也可在此菜单中更改金属带类型。

Change Z-coordinate：

更改 z坐标。更改一组选中的顶点或多边形的 z坐标。


Move Objects：

移动目标。移动选取的多边形或顶点，可不对齐移动选取的对象，也可选择移动

目标并对齐到一顶点，还可将选取的目标对齐到一条边。要在不同对齐模式下切

换，用户可在 Edit 菜单中选择 Change Snapping(或快捷键 F4)。

Move at an Angle：

旋转角度。将选取的顶点以一定半径移动一个角度。

Rotate：旋转。将选取的多边形对参考点旋转。

Copy and Reflect：

复制并反射。通过反射复制选取的多边形，MGRID 将询问反射目标和初始目标的

近距离。

Copy and Rotate：

复制并旋转。将选取的多边形对参考点旋转并复制。

Copy at an Angle：

以一角度复制。以一定角度和特定半径复制选取的多边形。

Change Snapping：

改变对齐。在移动和复制目标命令中改变对齐模式。

Add Edge Vertex：

添加边缘顶点。自动在选取多边形的边缘插入顶点，控制多边形的网格化。

Grow Metal Thickness on Polygons：

增加多边形金属厚度。为对带厚进行准确建模，在选取多边形的金属带添加另

三个面。

Add Via on Edges ：

在边缘添加通道。在选取的 2D 边缘建立垂直多边形。

Wire Bonding：

接线板。有两个建立接线板的简单方法：(1)选择一个 2D 边（每条边由两顶点

组成），然后选择 Wire Bonding 在两个选取的 2D 边间建立一个带状线带；(2)

输入要建立接线板的两个点位置，然后选择 Wire Bonding 将得到建立接线板为

一个带或管的选项。从 MGRID6.0 起可同时建立多个接线板。

Divide Polygon：

分割多边形。在任何切入的边穿过多边形时把一个或更多多边形分割开。

Exit Edit：

退出编辑。从选取目标、选取目标组、选取顶点或其它编辑模式退出。

Escape：退出。从粘贴，复制和反射等模式退出编辑模式。

3.参数菜单 Param。

Basic Parameters：

基本参数。更改主要参数：注释、长度单位、线路图和网格、网格化参数、衬

底参数和金属带参数。

Optional Parameters：

可选参数。定义几何编辑和仿真中的可选参数。

Snap To Distance Limit：

对齐到距离限制。定义复制和移动命令中的对齐范围。

Extend -X Layout：

延伸-X 线路图。延伸-X 方向的线路图。

Extend +X Layout：

延伸+X 线路图。延伸+X 方向的线路图。

Extend -Y Layout：

延伸-Y 线路图。延伸-Y 方向的线路图。

Extend +Y Layout：

延伸+Y 线路图。延伸+Y 方向的线路图。


4.输入菜单 Input。

Key In Absolute Location：

输入绝对位置。输入下一个顶点的绝对位置。

Key In Relative Location：

输入相对位置。输入一顶点到参考点的偏移量，默认参考点是上一顶点，可通

过 Input 菜单的 Set Reference Point 更改参考点或利用 Input 菜单的 Fix

Reference Point 将参考点固定。

Enable Mouse Entry：

激活鼠标输入。在默认的绘图模式和无鼠标输入模式间切换。

Slanted Edge：

斜边。输入一个顶点建立一个有一定长度和角度的斜边。

Slanted Edge with Connection：

连接的斜边。这个命令有两个方法：(1)要以一固定角度建立一边并和现有

多边形的一边相连；(2)以一固定长度建立一边（近似角度），且与现有多边形一

边相连。

Rotate Around Reference：

绕坐标旋转。通过绕一坐标旋转输入一顶点。

Orthogonal Extension：

正交扩展。输入一个顶点形成一个与上一边正交的边。

Connect to Edge Vertically：

正交连接到边。使 MGRID 连接下一顶点到近边并保证输入边和近边垂直，

此功能对保证结构正好是矩形特别重要。矩形结构在网格化和仿真中在效率和

准确度上都有优势。用户可将此菜单项与 Edit 菜单中的 Divide Polygon 结合

保证任意形状多边形更象矩形。

Form Rectangle：

形成矩形。添加第四条边组成矩形，条件是已有三个角度正确的顶点。

Form Polygon：

形成多边形。连接起始顶点到上个顶点形成多边形。

Grid Off：

去除网格。在显示和不显示网格间切换。

Set to Closest Vertex：

设置到近顶点。设置下个顶点到近顶点，默认同层中的近顶点，可用

Alt+R 切换近 3D 顶点或近 3D 顶点坐标，只有选择 Set to Closest Grid

后才能退出这种状态。

Set Parallel to Edge：

设置与边缘平行。设置输入边与现有边平行。

Set Vertical to Edge：

设置与边缘垂直。设置输入边与现有边垂直。

Insert Mid Point：

插入中间点。在输入边中间插入一顶点，不限于边中心，除两端的任何点都可

以。

Create and Edit Vertices：

建立并编辑顶点。允许用户编辑输入的顶点和从文件中导入的顶点，和 Adv

Edit 中的 Build Wire Path 一样,对创建天线和复杂结构很有用，这是一个功

能很强大的编辑功能。

Drop Last Vertex：

撤销上一顶点。撤销未完成多边形的上一顶点，等效于单击鼠标右键。

Drop All Vertices：

撤销所有顶点。撤销未完成多边形的所有顶点。

Drop Other Than Last Vertex：


撤销后一个外的所有顶点。撤销一些中间顶点。

Set Reference Point：

设置参考点。设置参考点在上一顶点外的位置。

Fix Reference Point：

固定参考点。将参考点设置到一固定位置，此项与 Rotate Around Reference

结合绘制曲线结构时很有用。

Release Reference Point：

释放参考点。释放固定的参考点，输入任何顶点后参考点变为上一顶点。

Shift Moving Reference Vertex：

切换移动参考顶点。此命令取代 MGRID8.0 的“Set Moving Reference

Vertex”，“Set Moving Reference Vertex”以前常允许用户在复制或移动的

多边形或顶点中选择一顶点作为移动参考顶点。但 MGRID9.0 引入复制和粘贴命

令后，必须取消这个命令，因为粘贴的目标来自于剪贴板。取而代之，用

“Shift Moving Reference Vertex”命令切换移动参考点到下一多边形第一个

被选取的顶点，来加速切换移动参考顶点。

Info on Last Entry：

上一输入信息。显示上两个顶点的坐标和已输入边的总长度，此功能可用来测

量结构的尺寸。

Edit Saved Point：

编辑保存的点。允许用户保存尺寸信息到内存以在编辑中更容易利用，例如可

将一些偏移量保存到保存的点中，然后在利用 Input 菜单中的 Key In

Relative Location 用键盘输入相对位置时，可通过点击鼠标得到。

5.高级编辑菜单 Adv Edit。

Change Dimension Scale：

更改标尺刻度。自动更改结构的标尺刻度，此功能在建立和更结构尺寸时很有

用。例如只需建立一个球体一次，其它尺寸的球体可通过更改初始球体尺寸完

成，椭球体也可通过修改初始球体尺寸得到。

Flip Coordinates：

放倒坐标。将坐标系放倒，可使 3D 结构的编辑更简单。

Rectanglization：

矩形化。将非常规图形分解成矩形，此功能有利于编辑和网格化几何结构。

Check Connection：

检测连接。检测并显示电连接到所选多边形的所有多边形。

Adjust Geometry for Connection ：

为连接调整结构。同时调整靠近的顶点，如一个顶点靠近一条边，MGRID 将在此

边插入一个匹配顶点以保证电连接。

Fit Selected Objects into Grid：

将所选多边形填充到网格。调整选定多边形顶点的 x和 y坐标到当前网格。

Align Last Vertex：

排列上个顶点。排列上个输入边的顶点使其成 0 度或 90 度方向，例如要让一条

边成 0 度或 90 度，可使用 Input 菜单中的 Set To Closest Vertex 并输入两个

匹配顶点到该边，然后选择 Align Last Vertex，上条边的位置将被调整。

Align Vertices：

排列顶点。排列已有多边形上的一连串顶点，使其与输入的要排列成特定角度

的顶点匹配。

Align Selected Polygon Vertices：

排列所选多边形顶点。排列选取多边形上的顶点。

Merge Selected Vertices：

合并选取的顶点。合并选取的顶点到一个位置。


Merge Close Metallic Layers：

合并接近的金属层。合并接近的金属层到一起。

Check Polygon Overlapping：

检测多边形重叠。检测并显示重叠多边形。

Cut Overlapped Polygons：

剪切重叠多边形。剪切多边形的重叠部分以保证电连接。

Check 3D Twisted Polygons：

检测 3D 扭曲多边形。找出 3D 扭曲的多边形，如许可将把扭曲的 3D 多边形分解

成多个 3D 平面多边形。

Mesh Selected Polygons：

网格化所选多边形。将选取的多边形分解成小矩形或三角形，此功能用来控制

一些多边形的网格化，例如要网格化 MIM 电容器中刻度良好的耦合板和另一个

刻度不好的非耦合多边形, 可选择耦合板并先将其更好的网格化。

Merge Selected Polygons：

合并所选多边形。合并选取的多边形成一个(或多个)大多边形。

Remove Inserted Vertices：

移除插入的顶点。移除选取多边形中不需要的顶点。

Dig Rectangular Hole：

挖矩形孔。在一个 2D 多边形挖一个矩形孔。

Build Hole from Selected Polygons：

从选取的多边形创建孔。从 IE3D8.0 起此命令变得非常强大，它允许用户在线路

图的其它 2D 多边形上以选定多边形的形状建立多个孔，另一方面它允许用户通过

多个层上的多个 2D 多边形创建多个通道，一个例子如图 2.3。

Build Multilayer Vias：

建立多层通道。MGRID9.0 中一个强大的命令，用来简化 PCB 上多层通道的建立。

Cut into Polygon on Edge：

在边缘切入多边形。在多边形一个选取的边上建立一个切面。

图 2.3 利用 Build Hole from Selected Polygons 建立穿过多个层的多层通道

Build Path：

创建路径。从输入的顶点以相同 z 坐标和一定宽度创建一个 2D 路径，连接输入顶

点的线是路径的中心线。

Build Wire Path：


创建线形路径。在 3D 空间中从输入的顶点以一定半径创建一个 3D 线形路径，此

菜单项是上面菜单项的更一般情况。

Continue Straight Path：

继续直路径。此功能是一个很强大的命令，可解决多种问题，如果选中一条边，

用户可建立一个起始宽度和终止宽度不同的连续路径，还可为一个具有多个弯头

的路径输入几个顶点。如多个边在一个垂直平面内，例如水平管末端，用户可以

任何长度继续这个弯头。

Continue Path Bend：

继续路径弯头。此功能也是一个非常强大的命令，也可解决多种情况，如选中一

条边用户可创建一个突变的弯头连接器。如给定一个半径，这个弯头将是光滑

的，对一个选定垂直平面内的多个边同样适用。

Build Connecting Path：

创建连接路径。在两个选定边间建立多边形。

Build Connecting Paths Between 2 Layers：

在两层间建立连接路径。在两层间一些匹配的边对间建立多边形，所有边必须在

两层中的一层，每对须在 xy 坐标靠近。

Remove Chamfered Corners：

移除斜面拐角。以正确角度拐角移除小斜面拐角。一些编辑工具创建小斜面拐

角，这些小斜面拐角对电路性能有些影响，但考虑到数值效率将以正确拐角代替

它们。

Remove Redundant Vertices on Curvature：

移除弯曲处的多余顶点。一些导入的结构在弯曲处有很多顶点，这些顶点迫使网

格化程序创建很多多余单元，这些多余单元将减慢仿真且并不改善准确度。实际

上，这些长而小的多余单元可能在仿真中产生数值奇异点，可利用这个菜单项降

低弯曲处顶点的数量。

Convert Polygons in Shape：

转化多边形形状。此命令使用户可选择一组多边形并将这些多边形转化为默认尺

寸或一些特定尺寸的矩形或圆

6.实体菜单 Entity。

Enclosure Walls：

闭合壁。允许用户在结构中定义垂直电壁和磁壁，需指定仿真使用的镜像个数，

指定的数字将是所用镜像数的大值，如实际镜像小于指定数字，则使用实际镜

像数，在仿真闭合壁和对称结构中很有用。

Probe-Feed to Patch：

贴片探针馈电。此命令允许用户创建一个带有垂直放置端口的探针，在仿真探针

馈电贴片天线和线天线中很有用。

Conical Vias：

圆锥通道。此命令允许用户在两层间自动再创建一个圆锥通道。

Entity 菜单中其它菜单项用来一步构建复杂结构，如圆形贴片、螺旋天线、圆柱管

和螺旋结构等，将在附录 I中讨论。

7. 端口菜单 Port。

Define Port：

定义端口。设置到定义端口，用户可用鼠标选择一个多边形的一个或更多侧面或

边作为一个端口，通常鼠标左键用作正端口右键用作负端口，对每个端口可定义

多于一个的孤立负端口，MGRID 不能继续前面的编辑状态，直到用户选择 Port 菜

单中的 Exit Port。

Port for Edge Group：


边缘组端口。设置到为一个端口定义一组边，用户可用鼠标定义一个矩形包围一

个端口开放的边，上一项的其它功能用于本项。

Selected Rectangles for Horizontal Localized Port：

选中的水平放置端口矩形。定义水平端口的唯一方法，水平端口是 IE3D6.X 中使

用的一种端口形式。要定义一个水平放置的端口，用户应选择一组水平矩形，然

后选择此菜单项，MGRID 将执行检测并定义选取的矩形为一个水平端口。

Selected Edge for Extension Ports：

选中的扩展端口边。定义扩展端口的另一方法，在 Define Port 或 Port For

Edge Group 命令中，用户选择命令后选择边。对这个命令，用户首先选择边，然

后选择此菜单项定义扩展端口。

Selected Rectangles for Vertical Localized Port：

选中的垂直放置端口矩形。定义垂直放置端口的另一方法。

Ground Port Conversion：

转化接地端口。转化所有分离负端口为一个负端口，即接地端口。

Multiple Positive Port：

多正极端口。定义具有相同端口号的多个端口，定义一个正端口后可选择此菜单

项，然后下个端口的端口号不和此端口相邻，而是和前面定义的端口号相同。例

如，定义正端口 1，如不选择 Port 菜单中的 Multiple Positive Port，下一个

端口将定义为端口 2。如果定义端口 1 后立即选择 Port 菜单中的 Multiple

Positive Port，下一个端口也将是端口 1。

Define Reference Plane：

定义参考平面。定义每个端口(包括正负端口)后马上选择此项，用户可定义参考

平面切换，默认参考平面是定义端口的平面。可用此功能定义默认参考平面外的

参考平面，耦合端口的参考平面切换可能导致错误。请用 MODUA 中的 back

simulation 完成耦合端口结构的参考平面切换。

Drop Last Port：

撤销上个端口。撤销上个定义的端口，此项对端口定义修正很有用。

Change Scheme：

更改方案。更改端口参数。

Change Port Order：

更改端口号。更改端口编号和标志。

Delete Port：

删除端口。设置编辑模式删除端口，用户可选择一个要删除的端口，删除一个端

口后 MGRID 自动继续前面的模式。

Delete All Ports：

删除所有端口。

Delete Port Range：

删除端口范围。删除端口上的数字。

Plane Wave Excitation：

平面波激励。定义平面波激励的入射角。

Remove Plane Wave：

删除平面波。移除平面波激励。

Exit Port：

退出端口。退出定义端口状态。

8. 最优化菜单 Optim。

Variable For Selected Objects：

选取对象的变量。定义选取的顶点为优化变量，用户将被提示变量方向和范

围，MGRID9.0 中的此命令和下一命令可互换。

Add Selected Objects to Variable：


添加选取对象到变量。添加选取的顶点作为已有优化变量的调用，用户将被提

示更改方向和调谐速度，此菜单项在以不同方向或速度更改不同顶点时很有用。

Change Variables and Calls：

更改变量并调用。所有用户访问所有定义的变量并调用，此命令去除了 MGRD8.0

版本中的 Change Variable Bounds, Remove Variables 和 Fix Vertices 命令。

Display Trends：

显示趋势。显示优化变量的高端和低端。

Exit Optim：

退出优化菜单。结束优化菜单中所有未完成的过程。

9. 视图菜单 View。

Toolbar：

工具栏。打开或关闭工具栏。

Status Bar：

状态栏。打开或关闭状态栏。

3D View：

3D 视图。打开或关闭 3D 视图窗口。

Zoom 25% to Zoom 400%：

25％-400％缩放。在 25%-400%之间缩放显示。

Whole Circuit：

整个电路。在窗口中显示整个电路，对 4.0 以前的版本，MGRID 将为整个电路视

图创建一个不同网格，从 4.0 版本起保存网格，网格系统只能在 Param 菜单中的

Basic Parameters 中更改。

Zoom：缩放。通过圈取缩放电路的一部分。

Element Connected View：

元件连接视图。默认不选中，显示的结构所有端口，当选中时不显示连接到集总

元件的端口。

Show Element：

显示元件。在显示和不显示集总元件间切换。

Show Metal Type：

显示金属类型。在显示和不显示每个多边形的金属类型间切换。

Show Disconnected Vertices：

显示未连接顶点。在显示和不显示未连接顶点间切换，一个多边形中任何未与其

它多边形共用的顶点被认为是未连接的。

Show Ground Connection：

显示接地。在显示和不显示多边形接地间切换，默认任何有一条边连接到地面的

3D 多边形是接地的，但从顶视图中很难看出，选中时接地连接用一条深红线表

示。

Show Port Extension：

显示端口扩展。在显示和不显示端口扩展间切换，默认端口扩展用灰线显示，用

户应在准确建模的结构中努力避免端口扩展的重叠。

Keep Discretized：

保存离散。在保存和不保存离散结构间切换，默认网格化后的离散电路只显示一

次，可选择此项保存结果直到电路被修改。

All Layers：

所有层。同时显示所有金属层上的项目。

Single Layer：

单一层。显示一个特定层上的项目。

Elevate Layer：

提升层。将目标上特定层提升到其它层之上显示，不改变结构，只改变视图。


10. 过程菜单 Process。

Display Meshing：

显示网格化。将结构网格化成小矩形和三角形单元，并在窗口中显示结果。此结

果只用来查看，不是仿真必须的。电路在仿真时将在仿真引擎中再次网格化，

后的网格化会因不同选项而不同。

Simulate：仿真。为当前结构建立仿真。

Optimize：

优化。在结构中设置电磁优化，有几种不同方案：(1)鲍威尔优化

Powell Optimizer；(2)遗传优化 Genetic Optimizer；(3)随机优化

Random Optimizer。鲍威尔优化是局部优化器，适用于简单应用。遗传

优化和随机优化是全局优化器，更加强大但速度通常较慢。

用户应理解优化是一个数学上未解决的问题，对一个一般优化问题，

甚至不知道是否会得到结构或者可得到多少可能结果。在开始一个优化前需

确定会有结果，错误的函数对定义的变量很敏感。还要定义正确的范围，大的

范围当然可避免溢出，但大的范围会允许优化程序定位到其它更大空间中的

位置。

Display S-Parameters：

显示 S参数。调用 MODUA 显示 S参数。

Display Radiation Pattern：

显示辐射方向图。调用 PATTERNVIEW 显示方向图。

图 2.4 MGRID 后置处理程序的窗口结构


11. 帮助菜单 Help。

Help Topics：

帮助主题。从 IE3D6.0 起，在此菜单中提供帮助。

About MGRID：

关于 MGRID。显示 MGRID 的版本号。

除了这些菜单项，工具栏还有一些其它图标，每个图标对应一个常用命令，可对应一

个菜单项。工具栏在菜单和主窗口之间。

第三节 MGRID 后置处理程序的菜单系统

电流分布显示和辐射方向图计算以前在 CURVIEW 中应用，在 IE3D9.0 中，电流分布

显示和方向图计算功能得到了显著改善，且更好的集成到 MGRID 中，CURVIEW 将在 9.0 版

本以后逐渐淘汰。为将 MGRID 用作后置处理程序，请打开 IE3D 仿真中创建的

CURVIEW(.cur)文件，MGRID 将自动切换到后置处理程序菜单系统(见图 2.4)。


New：新建。为新电路清除内存和窗口。

Open：打开。打开一个电路结构文件(.geo)或一个 CURVIEW 电流分布文件(.cur)。

Save Current Density Data：

保存电流密度数据。保存特定激励和终端的电流分布数据到文件中。


Print Preview：

打印预览。显示要打印的页面。

Print Setup：

打印设置。设置打印机和页面位置。

2.过程菜单 Process。

Display Structure：

显示结构。为新电路清除内存和窗口。

Display Current Distribution：

显示电流分布。打开一个电路结构文件(.geo)或一个 CURVIEW 电流分布文件

(.cur)。

Pattern Calculation：

方向图计算。开始一般激励和终端的方向图计算，然后用户可保存特定激励和终

端的方向图，以后的版本中将包含方向图的激励和终端优化。

Display S-Parameters：

显示 S参数。调用 MODUA 显示 S参数。


显示辐射方向图。调用 PATTERNVIEW 显示方向图。


View 菜单由 MGRID 窗口菜单系统中的 View 菜单项组成。

TMGRID 后置处理程序窗口允许用户选择多边形，用户可选择计算选定多边形或整

个结构的辐射方向图。


第四节 MGRID 的 3D 视图

MGRID 的 3D 视图是基于 OpenGL 的，3D view 窗口中的 View 菜单允许用户更改显示

的角度。

当 MGRID 处于编辑模式，用户也可选择显示多边形间的连接标志；要旋转 3D 视

图，用户可按下鼠标左键并移动鼠标；要缩放 3D 视图窗口，用户可按下“Ctrl”并圈中缩

放部分；要截取视图，用户可按下鼠标右键并移动。

当 MGRID 处于后置处理模式，用户可选择 Save Bitmap Files 键保存仿真图片到文

图文件，保存的位图文件可被 ZDibAnimator 使用再次进行动画仿真，MGRID 中的仿真不创

建任何位图文件，但是 ZDibAnimator 中的仿真基于保存的位图文件。万一用户创建一个

有意义的仿真并要在以后显示，应保存位图文件并在 ZDibAnimator 中再次显示。

第五节 MODUA 窗口结构

如前所述，MODUA 基本是一个节点电路仿真器，并作为 IE3D 仿真结果图形显示工

具，MODUA 将电路元件看作黑盒子，称为模块。

MODUA 中有 10 个模块类型：结构文件，参数文件，电阻器，电容器，电感器，互耦

器，端口，连接器，短路电路和开路电路。这 10 个模块类型可进一步分为两组：独立模块

和依赖性模块，结构文件，参数文件，电阻器，电容器和电感器是独立模块，可在任何时

候在任何位置定义；端口，互耦电感，连接器，短路电路和开路电路是依赖性模块，必须

连接到独立模块的末端。定义的依赖性模块必须连接到独立模块的末端，删除独立模块后

连接到这些独立模块的依赖性模块也被删除。

从某种意义上，MODUA 和 HP/EEsof 的 Touchstone 电路仿真器类似，但 MODUA 没有一

个大库，因为基本上用于 IE3D 的后置处理，确实不需要一个大库。它接受 MGRID 的结构模

块，因此可在 MGRID 创建任何结构元件并导入到 MODUA。

MODUA 窗口的基本结构如图 2.5，包括 7 个菜单项：File, Edit, Element, Control,

Process, View 和 Help.


图 2.5 MODUA 窗口


New：新建。为一个新设计清除内存和窗口。

Open：打开。打开一个设计。

Save：保存。保存更改到当前设计。

Save As：

另存为。以一个新名字保存当前设计。

Add Geometry Module：

添加几何模块。添加结构文件作为设计的模块。

Add Parameter Module：

添加参数模块。添加一个参数文件作为设计模块。

Display Parameter Module：

显示参数模块。显示参数文件的 MODUA 设计的快速设置。

Parameter File Queue：

参数文件队列。添加参数文件到队列，同时仿真和比较不同 S参数。

Save S-Parameters into Queue：

保存 S参数到队列。保存当前 S参数到一个文件并自动加入队列。

Save S-Parameters：

保存 S参数。保存当前 S参数到文件。

Save Displayed Data：

保存显示数据。保存显示的 s，y，z参数数据列表到一个文本文件。

Open Matrix File：

打开矩阵文件。打开一个包含 RLC 矩阵元件(一个 IE3D 专用格式)的文件，对传输

线结构，RLC 拓扑是矩阵形式，矩阵比 SPICE 网络列表更容易操作，用户可用


IE3D 仿真一个集成结构的一小部分并提取 RLC 矩阵，可用电子制表软件将本地

RLC 矩阵扩展到整个 RLC 矩阵，然后导入这个 RLC 矩阵到 IE3D 并将其转换为

SPICE 文件。

Save Matrix File：

保存矩阵文件。将线性 RLC 等效电路转化到一个 IE3D 专用矩阵文件。

Save SPICE File：

保存 SPICE 文件。将线性 RLC 等效电路转化到一个 SPICE 连线文件。

Import SPICE File：

导入 SPICE 文件。导入一个 SPICE 网表文件(只包含 R，L，C 和 K)到当前设计，

此功能对检测等效电路是否工作完好很重要，例如可选择 IE3D 中的 RLC 等效电

路功能提取 SPICE 电路。并不知道这个等效电路的质量怎样，可将其导回到

MODUA 并进行仿真，然后可比较等效电路和初始电路的仿真结果找出等效电路有

效的频率范围，甚至可用 Process 菜单中的 Match Queue 很好的调谐 SPICE 模

型。

Export SPICE File：

导出 SPICEE 文件。导出当前设计(只有 R，L，C，互耦电感和短路电路)到一个

SPICE 网表文件。

Merge Matrix Files：

合并矩阵文件。这是一个仿真大型信号集成(SI)结构的有用命令，例如可在几

十或几百个引线中有一个引导帧，如将其分解成更小的尺寸仿真，结果可能在

尺寸边缘处的引线不够准确。Merge Matrix File 允许用户以矩阵形式合并提

取的小部分 RLC 电路，得到整个结构矩阵形式的复杂 RLC 电路。

Save Excitation：

保存激励。保存 Process 菜单中 Simulate and Find Excitation 的结果，保存

的文件可导入到 CURVIEW，对获取集总元件结构或天线阵列的电流和辐射方向图

很关键。

Save TLN Information：

保存 TLN 信息。保存传输线参数到一个文本文件。


Print Preview：

打印预览。预览打印窗口。

Print Setup：

打印设置。为打印设置打印机。

Exit：退出。关闭 MODUA 窗口。

2.编辑菜单 Edit。

Select Module：

设置模块。设置输入模式到选择模块模式，在选择模块模式可拖动模块，可使用

其它项控制模块，现在是 MODUA 的默认模式。

Module Properties：

模块特征。显示选取模块的特征。

Rotate Module：

旋转模块。旋转模块或模块端口的方向。

Fix Module：

固定模块。固定模块位置到当前位置。

Delete Module：

删除模块。删除选定模块。

Replace Module：

替换模块。用另一个模块替换选定模块。

Set Selected RLCM modules for Optim：


为选取的 TLCM 模块进行优化设置。将选定的 R，L，C 和互感作为优化变

量。

Remove Optim from Selected RLCM：

从选定的 RLCM 移除优化。设置选定的 R，L，C和互感元件值为固定。

Delete Dependent Modules：

删除相关模块。删除所以相关模块。

Set all RLCM as Optimization Variables：

选择所有 RLCM 作为优化变量。设置所有的 R，L，C和互感作为优化变量。

Remove RLCM Optimization Variables：

移除 TLCM 优化变量。移除所有 RLCM 优化变量到初始值。

Exit Status：

退出状态。退出选择模块状态。

3.元件菜单 Element。

Port：端口。生成一个端口模块，需要连接到另一个独立模块的终端。

Define All Ports：

定义所有端口。定义模块的所有剩余终端作为设计的端口。

Connection：

连接。产生一个连接模块，需将连接模块的两个终端连接到任意独立模块的两

个终端，当利用连接模块连接任意独立模块的两个终端时，这两个终端等电

势。

Short Circuit：

短路。产生一个理想短路电路，短路模块需连接到一个独立模块的终端。

Open Circuit：

开路。产生一个理想开路电路，开路模块需连接到一个独立模块的终端。

Termination ：

终端。允许用户建立一个一端短路的电阻器。

Resistor：

电阻器。产生一个理想电阻器，可定义电阻器的大小为一个优化变量。

Capacitor：

电容器。产生一个理想电容器，可定义电容器的大小为一个优化变量。

Inductor：

电感器。产生一个理想电感器，可定义电感器的大小为一个优化变量。

Mutual Inductor：

互耦电感。产生一个互耦电感，可定义互耦电感的大小为一个优化变量。互耦

模块是一个非独立模块，必须在两个电感器间定义，每对电感器可只有一个单个

互耦电感模块。互耦电感的大小为(-1,1)，可用大小或连接控制互耦符号。在每

个电感器的端口 1 连接互耦电感和在每个电感器的端口 2 连接互耦电感等效，当

在一个电感器的端口 1 和另一个电感器的端口 2 连接互耦电感，意味着互耦电感

的大小在计算中有符号的变化。

Exit Element：

退出元件。退出元件状态。

4.控制菜单 Control。

Frequencies：

频率。定义仿真频率。

Define Display Data：

定义显示数据。定义列表显示参数项。

Define Display Graph：

定义显示图形。定义图形显示的参数项。


Define Display Smith Chart：

定义显示史密斯圆图。定义史密斯圆图显示的参数项。

Terminating Impedance：

终端阻抗。定义端口的终端或归一化阻抗。

Change Excitation：

更改激励。在显示 Process 菜单中 Simulate and Find Excitation 的结果时，

可更改激励和端口阻抗，对找出天线阵列或集总元件天线的激励和负载很有用。

Display Toggle：

显示切换。在设计模块显示和参数显示间切换。

5.过程菜单 Process。

Simulate：

仿真。执行设计仿真。

Simulate and Find Excitation：

仿真并获取激励。完成一个设计的仿真，仿真后在每个端口显示功率、电压、电

流和阻抗，然后用户可选择 Control 菜单中的 Change Excitation 调整激励和负

载。结果可通过选择 File 菜单中的 Save Excitation 保存到一个文件，保存的

激励文件可导入到 CURVIEW 显示集总元件或天线阵列结构的电流和辐射方向图。

Batch Simulate and Find Excitation：

批仿真并找出激励。允许用 S参数文件替换设计中一组仿真中的每个仿真。

Optimize：

优化。在设计中执行优化，请参考 MGRID 中的 Set Optimization 菜单项获

取更多信息。

L–Equivalent：

L 等效。完成仿真并求解设计的 L 矩阵，L 等效对显著感性电路很有利，它没有下

面要讨论的 LC 等效准确，但减少了元件数量。

C-Equivalent：

C 等效。完成仿真并求解设计的 C 矩阵，C 等效对显著容性电路很有利，它没有下

面要讨论的 LC 等效准确，但减小了元件的数量。

LC-Equivalent：

LC 等效。完成仿真并求解设计的 LC 矩阵，是对传输线的佳等效。

Match Queue File：

匹配队列文件。此功能对求解任意设计的 RLC 等效电路很有用，上面 3 个菜单项

只用在匹配的传输线模型中，模型总是假设并联 C 和 R 到地面，并在输入和输出

间串连 L 和 R，不适用于其它任何结构如串连 L 和 C。为不同结构创建不同模型并

不现实，Match Queue File 功能将解决这一问题，基本上它允许用户在 MODUA 中

创建任何种类的 RLCM 拓扑，MODUA 将努力匹配 RLCM 值到 Parameter File Queue

中的 S 参数文件。例如有一个复杂结构不能适合传输线模型，仿真 S 参数并保存

结果到一个文件，将此文件加入到 Parameter File Queue，然后开始在 MODUA 创

建 RLCM 模型，设置适当的 RLCM 模块为优化变量，定义适当的频率点并选择

Match Queue File 菜单项。MODUA 将努力很好的调谐优化变量并匹配设计的性

能到队列中的参数文件，如果成功，RLCM 拓扑是一个很好的对队列中参数文件的

SPICE 描述。有时可能要运行几次才能得到好的结果。

Match Queue File 对完美调谐 LC 等效电路也很有利，用户应理解 LC 等效

电路是针对一个频率点提取的，在提取电路的频点附近一个频率范围内工作，如

要使其在一个大的频率范围内工作，可用 S 参数结果很好的调谐 LC 等效电路

值，甚至要更改 LC 等效电路并匹配队列中的 S 参数以获得更好结果。 Back Simulation：

后退仿真。此功能使 IE3D 内嵌更大灵活性，其重要应用之一是为 IE3D 切换参

考平面。MGRID 对孤立端口可切换参考平面，任何时候遇到一个参考平面切换，


IE3D 将仿真一个短的均匀线计算传输线参数，在切换参考时将用到该参数。

MGRID 中也有切换参考平面功能不能很好工作的例子，一种情况是端口很近的耦

合。当一些端口耦合到一起，传输线参数由端口参数的激励决定。另一种引起

问题的情况是长距离的参考平面切换，例如当切换参考平面一个波长，需更改

S21 的相位 720 度，如在计算波长中引入 0.1%的误差，将在 S21 相位中引入

0.72 度误差，如切换参考平面 10 个波长，S21 相位的误差将是 7.2 度。这个问

题在 S21 的幅度中更加严重，这种误差实际上是可以理解的。但是如果用户仿

真一个 10 个波长的均匀传输线并切换参考平面到线的中心，得到的 S21 相位为

7.2 度，用户是不满意的，用户可能需要更高的准确度。IE3D 中的切换参考平

面功能不能提供更高的准确度，可通过下面的方法得到更准确的结果：首先仿

真一个 10 个波长的传输线和一个 5 个波长的传输线，利用 MODUA 中的 Back

Simulation 功能，用户在 10 个波长的传输线两端各移除 5 个波长从而在线的中

心得到 S 参数参考点，其准确度要比 MGRID 中切换参考平面功能准确的多。实

际上 Back Simulation 的优点不局限于切换均匀传输线的参考平面，甚至可利

用它切换非均匀传输线的参考平面。

Separate S-Parameters：

分离 S 参数。这是一个很强大的功能，允许用户分离一个 S 参数文件为两个互

相联系的 S 参数文件，和 Back Simulation 功能十分相似，但是一个更通用的

功能。

Remove S-Parameters：

移除 S 参数。这也是一个很强大的功能，允许用户移除端口上耦合线的影响，

可以代替 Back Simulation，Back Simulation 只能移除端口上孤立传输线的影

响。

Find Transmission Line Parameters：

获取传输线参数。求解一个结构 S 参数文件的特征阻抗和其它传输线参数，该

结构必须是一个小于四分之一波长的均匀 2 端口结构。当结构是一个均匀微带

或带状线结构，IE3D 仿真引擎将自动探测到并求解参数同时保存到 S 参数文件

作为一个注释行。对一些复杂均匀结构如具有有限大接地面的 CPW 或耦合微带

线，定义正负端口后 IE3D 仿真引擎不能将其探测为一个 2 端口均匀结构，也就

不能自动求解传输线参数。然后可用 MODUA 中的这一功能找到参数，将提示传

输线长度(mm)，无论输为多少特征阻抗都能准确计算，当然输入一个和实际值

不同的参数会影响传输常数和有效介电常数。

Create TLN S-Parameters：

建立 TLN S 参数。允许用户为基于电长度，特征阻抗和传输参数的理想传输线

的频响创建一个 S参数文。

Curve Fitting and Interpolation：

曲线拟和及内插。拟和基于已有频点的 S参数。

Create S-Parameter File：

创建 S参数文件。创建不受频率影响的 S参数文件。

Re-Normalize and Save：

重新归一化并保存。允许用户重新归一化 S参数并保存。

Find Perfect Load：

获取佳负载。在一个频率范围得到一个 2 端口 S 参数，此功能允许用户找出 1

端口 S 参数频响，使其连接到 2 端口 S 参数文件的端口 2 后和端口 1 达到完美匹

配。

Differential Conversion：

微分转换。此功能允许用户转化已有 S 参数文件到具有差动激励端口的新的 S 参

数。

Odd and Even Mode Conversion：

奇偶模转换。此功能允许用户转化均匀耦合 TLN 的 S 参数到基于奇偶模的 S 参

数。


6.视图菜单 View。

Toolbar：


Status Bar：


Design Identification：

设计标志。做为仿真结果的标志。

Design View Toggle：

设计视图切换。在显示模块 ID 和显示 RLCM 模块值间切换。

Graph Parameters：

图形参数。用来更改图形参数，如参数范围、文本数字和图形尺寸。

Display Grid Toggle：

显示网格切换。在显示和不显示网格间切换。

Optional View Settings：

可选视图设置。允许用户定义设置，例如，可更改 MODUA 的默认显示模式，

MODUA 初的默认显示模式是史密斯圆图显示，可改为其它形式。

Extend Horizontal Scroll Bar：

扩展水平滚动栏。扩展水平滚动栏的可视尺寸。

Extend Vertical Scroll Bar：

扩展垂直滚动栏。扩展垂直滚动栏的可视尺寸。

Display Queue Items：

显示队列项。定义要显示和比较的队列参数项。


About：

关于。显示 MODUA 的版本号。

目前还没有在线帮助。

第六节 IE3D 库窗口结构

IE3DLIBRARY 在 IE3D 中作为第二个界面引入到 IE3D9.0，在 IE3D9.0 前 MGRID 是构

建结构的唯一线路图编辑器，MGRID 已成为一个很强大的图形界面。MGRID 基于低层对象：

多边形和顶点。可创建和修改多边形和顶点得到电路形状，它们是一个结构的基本元件。

用户也可在 MGRID 中创建高层对象如圆形螺线电感、带接地通道的 MIM 电容器。但创建高

层对象后仍分解为多边形，即基本对象，在 MGRID 中高层对象不能作为实体编辑。如能将

高层对象作为一个实体创建和编辑当然很好，但鉴于 MGRID 处理多边形和顶点的方式，在

MGRID 中引入


图 2.6 带有三个目标的 IE3DLIBRARY 窗口

这样的功能很困难。由于这个原因，引入了 IE3DLIBRARY。IE3DLIBRARY 允许用户创建基于

高层对象的电路或天线。高层对象作为一组多边形描述，但用户不能直接看到多边形，任

何进一步的编辑都对对象完成，因此保持了每个对象的集成。与 MGRID 相比，IE3DLIBRARY

在创建常用结构时更容易使用，但 IE3DLIBRARY 不能接触一个结构小的细节，它对一般结

构没有 MGRID 灵活，用 IE3DLIBRARY 创建的任何结构可导出到 MGRID，同时用户应注意到

IE3DLIBRARY 仍然处于应用初期，要使其象 MGRID 一样强大还需要很多努力。

典型的 IE3DLIBRARY 窗口如图 2.6 所示，共 5 个菜单项，在 File 菜单中用户可开始

一个新文件，打开或保存一个文件，文件的扩展名为.ie3，用户也可将文件保存为.geo 文

件并调用 MGRID 打开.geo 文件作进一步处理。Edit 菜单中有基本的 select，copy，cut

和 paste 命令，后面还将详细讨论一些附加命令。所有对象在 Insert 和 Module 菜单中，

用户可选择这两个菜单中的任何菜单项定义一个对象，然后放置并连接到线路图中的对

象。在 IE3DLIBRARY 的 Edit 菜单中有一个菜单项叫做“Tuning Variables…”，用户可

定义一组变量，然后可将对象的一些尺寸与这些变量联系，建立对象间有电连接的结构后

仍可通过调整变量更改对象形状。更改变量时与变量相联系的尺寸相应改变，但将保持对

象间的电连接。这样的功能使修改和调谐电路变的很简单，后创建优化程序很容易的

调谐电路参数。

第七节 CURVIEW 窗口结构

CURVIEW 是 IE3D 显示电流分布、辐射方向图和近场分布的后置处理器，从 IE3D9.0

起，其主要功能被改善并集成到 GRID，CURVIEW 将在 IE3D9.0 后逐渐淘汰。

CURVIEW 窗口基本结构如图 2.6，由 6 个菜单项组成：File，Process，View，

Current Display，Field Display 和 Help。

1. 文件菜单 File。

Open：打开。打开一个 IE3D 创建的电流分布数据文件。

Open Field Data File：

打开场数据文件。打开以前保存的场数据文件，可在打开产生这个场数据文件的

电流分布数据文件后只打开场数据文件，也需要选择正确的频率点。

Save Field Data：

保存场数据。保存 Process 菜单中 Field Plot 创建的场数据，近场计算需要很

长一段时间，可保存到一个文件中为以后调用。


Open Radiation Pattern Data File：

打开方向图数据文件。打开一个保存的辐射方向图数据文件显示辐射方向图，保

存的辐射方向图数据文件只能在打开相关的特定频率上电流分布数据文件后才能

打开，此功能只允许打开 5.X 或更早版本的方向图文件。只有 Save Radiation

Pattern Data 命令可将方向图保存到 5.X 格式，更强大的保存方向图数据命令是

Process 菜单中的 Radiation Pattern Vs. Frequency，它将保存方向图数据到

6.X 或更晚版本的格式中，只有 PatternView 可打开 6.X 版本的方向图。

Save Radiation Pattern Data：

保存辐射方向图数据。此命令用来保存 CURVIEW 显示的方向图到 5.0 格式方向图

文件，此功能正被 Process 菜单中的 Radiation Pattern Vs. Frequency 替代。

Save Current Data Text File：

保存电流数据到文本文件。此电流文件和 IE3D 创建的电流文件格式不同，此文件

包含特定点上的矢量电流密度信息，不能被 CURVIEW 读取。

Save Bitmap File：

保存位图文件。当 CURVIEW 正在显示一个基于位图的图形，选择此菜单项将保存

图形到一个位图文件，可用其它窗口程序打开此文件作进一步处理。


Print Preview：

打印预览。预览打印结果。

Print Setup：

打印设置。设置打印机。

Exit：退出。关闭 CURVIEW 窗口。

图 2.7 CURVIEW 窗口


2. 过程菜单 Process。

Structure View：

结构视图。显示电流分布数据文件的 3D 结构。

2D Vector Current Density Plot：

2D 矢量电流密度曲线。显示特定时间的矢量电流，可通过选择 Current Display

菜单中的 Change Phase 更改时间。

3D Current Density Animation：

3D 电流密度动画。显示结构中的正弦电流分布。

3D Average Current Density：

3D 平均电路密度。显示结构中不同位置电流密度的大小。

Start Field Calculation：

开始场计算。开始近场的计算。


显示辐射方向图。开始辐射方向图计算。

Radiation Pattern Vs. Frequency：

辐射方向图-频率曲线。这是 IE3D5.0 的新功能，允许用户在一系列频率上建立

辐射方向图，然后可利用 PatternView 显示和比较不同文件中不同频率的方向

图。

Select Cells：

选择单元。选择要计算方向图的单元。


Toolbar：


Status Bar：


Original View：

初始视图。返回到初始视图。

Zoom：缩放。改变缩放因子，用户也可通过定义一个包围感兴趣部分的矩形来缩放视图

的一部分。

Toggle Electric and Magnetic：

切换电场和磁场。在显示电流分布和磁流（缝隙电场）分布间切换。

Change Angles：

更改角度。更改 3D 视角。

Increase Theta：

增加θ。将仰角增加 5度，仰角在图 2.2 定义。

Decrease Theta：

减小θ。将仰角减小 5度。

Increase Phi：

增加φ。将方位角增加 5度，方位角在图 2.2 定义。

Decrease Phi：

减小φ。方位角减小 5度。

Display Option：

显示选项。在这里更改显示选项，可更改颜色栏的刻度，用位图或多边形等控制

显示颜色。

Display Layer：

显示层。通过指定层系数显示特定层，通过指定层系数为负值显示其外的所有

层，通过指定 0显示所有层。

Display Coordinate Frame：

显示坐标结构。在显示和不显示坐标结构间选择。


Rotate Coordinate System：

旋转坐标系。将坐标系旋转 90 度，旋转后方位角(ϕ)和仰角(θ)的定义就不同

了。对默认的(x,y,z)坐标系，θ和ϕ在图 2.2 中定义。对(y,z,x)坐标系，需要

用 y 替换 x，用 z 替换 y，用 x 替换 z；对(z,x,y)坐标系，需要用 z 替换 x，用

x替换 y，用 y替换 z。

Port Information：

端口信息。显示每个端口的电压/电流，或入射/反射波。

Display Title：

显示标题。允许用户输入显示的标题。

Layout Editor Comment：

线路图编辑器注释。可在这里显示线路图编辑器注释，线路图编辑器注释将在

打印机打出。

4. 电流显示菜单 Current Display。

Change Frequency：

更改频率。更改显示电流分布的频率。

Change Excitation：

更改激励。更改每个端口的激励，可导入 MODUA 创立的激励文件。导入激励文

件对显示集总元件和天线阵列结构电流和辐射方向图是必需的。

Change Vector Size：

更改矢量尺寸。更改 2D 电流显示的矢量尺寸。

Change Timer Param：

更改时间参数。为电流仿真更改时间参数。

5. 场显示菜单 Field Display。

Field Display Cut Planes：

场显示截面。定义近场显示的截面。

Location Label：

位置标签。定义显示间隔标签。

2D Radiation Pattern：

2D 辐射方向图。定义 2D 辐射方向图显示项。

2D Polar Pattern：

2D 极线方向图。定义 2D 极线方向图显示项。

3D Pattern：

3D 方向图。定义 3D 辐射方向图显示。

3D Mapped Pattern：

3D 映射方向图。定义 3D 映射辐射方向图显示。3D 映射辐射方向图和 3D 辐射方

向图间的区别和 2D 辐射方向图和 2D 极线辐射方向图的区别相同。基本上，2D

辐射方向图是 3D 映射辐射方向图的截面图，2D 极线图是 3D 辐射方向图的截面

图。

Radiation Parameters：

辐射参数。定义显示辐射方向图参数如方向系数、效率、单基 RCS 或收发共用

RCS。

Array Factor：

阵因子。定义阵因子并应用到单元辐射方向图。


About：关于。显示 CURVIEW 的版本号。


现在解释了所有菜单项，下面尝试一个例子，有任何菜单不清楚时，可回头查阅本

章。

本手册中讨论的多数仿真在 512M RAM 的 Pentium III-M 1.13GHz 笔记本电脑中完

成，由于 IE3D 是一个计算密集程序，未调用程序时仿真速度几乎与 RAM 总量无关，其速度

几乎与相同类型 CPU 的时钟频率成正比，表 2.2 列出了速度对比。IE3D6.2 及其后续版本

使用了 SMSi 矩阵处理器，该处理器为默认矩阵处理器。SMSi 的速度约为 SMS 矩阵处理器

的 4 倍，SMSi 矩阵处理器在任何带有 Intel Pentium Pro, Pentium II, Pentium III,

Pentium 4 和 AMD Athlon CPU 的 Win32 电脑中都可使用。多 CPU 系统对单个仿真速度没有

提高，但如果运行多个仿真，多 CPU 系统将明显要快，在双 CPU 系统上运行 2 个仿真和在

单 CPU 系统运行 1 个仿真的速度差不多。从 IE3D8.2 起，Zeland Distributed Computer

Service (ZDS)被用作基于网络分布的计算，有兴趣的用户可阅读附录 X 并联系 Zeland

Software, Inc.获取 license。

IE3D8.0 的主要突破是 AIMS 迭代矩阵处理器，AIMS 处理器允许 IE3D 利用很小的内

存高效解决相当大的平面结构如大型阵列。AIMS 的应用将在第 13 章讨论。

一些用户可能关心 Intel 平台和其它 RISC 平台间速度的对比，没有完全的比较，但

在 Intel 平台的 Windows NT 和 DEC-Alpha 平台的 Windows NT 中比较了 IE3D，使用 SMS 矩

阵处理器，500-MHz DEC-Alpha 21164 CPU 中 IE3D 的速度，约为 450-MHz Pentium II

CPU 中 IE3D 速度的 90-130%。对相同的时钟频率，DEC-Alpha 21164 对 Intel Pentium II

CPU 并没有频率优势。在 Intel 的 Windows NT 中对 IE3D 使用 SMSi 矩阵处理器对情况有很

大改变，对一个典型的 1500 个未知量的问题，使用 SMSi 时 IE3D 的速度约为使用 SMS 矩阵

处理器的 3 倍。SMSi 矩阵处理器只能用在 Intel 的 Windows NT 中的 IE3D，换句话说 IE3D

用在 Intel 的 Windows NT 中可比同时钟频率下其它平台上的 IE3D 要快的多。实际上，其

它 RISC 机器上的 IE3D 不再支持更高版本。

本手册描述的所有文件保存在 c:\program files\zeland\ie3d\samples 目录。要简

化文件名，假定目录为 c:\ie3d\samples，建议用户不要更改。用户需将练习文件存入

c:\ie3d\practice 或自己的目录，基准例子文件保存在 c:\ie3d\examples 目录，IE3D 可

执行文件保存在 c:\program files\zeland\exe 目录。

表 2.2 不同平台上 IE3D9.0 的速度比较

CPU 486DX2-66 P-90 P-200 P-Pro 200 P-II 400

时钟频率 66 MHz 90 MHz 200 MHz 200 MHz 400 MHz

速度 1 2 4.5 6-9 12-18

CPU P-III 800 Athlon P-4 2.2 G

时钟频率 800 MHz 800 MHz 2.2 GHz

速度 24-36 36-54 30-180


第三章基本技术

在 IE3D 中，一个电路用一组多边形表示，而一个多边形用一组顶点表示。本章通过

一个斜面转角的建立和分析过程，一步步的说明基本的编辑技巧。运行 MGRID 前，建议先对要建立的电路做简单了解。首先应在电路中建立 x 和 y 坐

标系，并标出每个顶点的 x 和 y 坐标，如果必要还要计算顶点间的距离。考虑一个复杂的

电路时，尽量将电路分解成很多部分，尽量找出一个小长度，这样其它长度都是这个

小长度的倍数，这个小长度可以用作鼠标输入时的网格尺寸。上面的准备工作对电路的

建立过程是有利的。

第一节长度单位、层参数和网格参数

这里要建立一个顶视图如图 3.1 所示的斜面转角结构。作为默认值，在衬底下面将有

一个无穷大接地板，带有数字的小矩形是电路端口。如图 3.2 所示，可把这个电路分解成

很多部分，并连接它们构成电路。多边形的互连将在下一章讨论，所以下面仍把这个斜面

转角看作一个单个多边形来建立。建立 x 和 y 坐标如图 3.1 所示，小长度是 0.025mm，

这样可将电路很好的填充到一个单元格为 0.025mm 的均匀网格中。而 IE3D 是一个基于非

均匀网格的仿真器，这里引入均匀网格只是为了更加方便的用鼠标输入，在仿真该结构的

网格化过程中将使用非均匀网格。

图 3.1 一个斜面微带转角及参数

第 1 步在 ZELAND FOLDER 中双击 MGRID 图标运行 MGRID，也可从 Zeland

Program Manager 中运行相应图标 (ZPM 或 ZELAND.EXE)。第 2 步从 File 菜单中选择 New。说明：

在输入一个电路的多边形前，首先需要输入基本参数，基本参数包括长度

单位、层参数、衬底参数、金属带参数和离散化参数。在 File 菜单中选择 New时， MGRID 将自动提示设置基本参数(如图 3.3)。说明：

基本参数包括 6 组参数：(1) 注释：对整个结构的注释；(2)长度：长度单位及结

构小长度； (3) 线路图和网格：线路图编辑的网格系统参数； (4)网格化参数； (5) 衬底层； (6) 金属带类型。


图 3.2 斜面转角分割成三个多边形

图 3.3 基本参数对话框

图 3.4 图 3.3 列表框中功能键的含义

对于这里的结构，使用“mm”作长度单位，并接受默认的小长度。现在还没有定义线路图和网格，将在下一步定义线路图和网格参数。定义

前需了解图 3.3 中一些列表框上功能键的含义，这些键的含义如图 3.4 所示。第 3 步在图 3.3 的 Layouts and Grids 列表框中选择 Insert。反应：

跳出编辑线路图和网格对话框 (如图 3.5)。说明：


线路图参数 “X-From”， “Y-From”， “X-To” 和“Y-To”不表示电路的小。在

默认模式下，IE3D 的电路尺寸在 x 和 y 方向延伸到无穷远，线路图参数只定义编

辑参考用的范围。默认网格尺寸 Grid Size=0.025mm，这将定义一个单元格为

0.025mm 的均匀网格系统。用户必须理解这一网格系统只是用作几何结构的，并

不能用来网格化及数值仿真。

图 3.5 编辑线路图和网格对话框第 4 步选择 OK 接受 Layout and Grid 的默认设置。反应：

这个线路图和网格（Layout and Grid）将被添加到线路图和网格列表框中。

如有必要，可在线路图和网格列表框中选择 Insert 添加更多的线路图和网格。在

线路图编辑过程中可在一组线路图和网格中进行切换。第 5 步设置网格化频率“Meshing Frequency (Fmax)”从 1 到 40 GHz，因为将把这个结

构仿真到 40 GHz。保留“Cells per Wavelength (Ncell)”为 20。不选中自动边缘

单元“Automatic Edge Cells”栏，它是用来提高准确度的，暂时不使用以实现更

快的仿真。选中网格优化“Meshing Optimization”栏，网格将实现优化。说明：

离散化频率越高，波长越短，电路也将更好的被离散化。高离散率意味着

高准确度，但其代价是仿真时间将大幅增加。很多人担心结构的网格化过程，因

为一些电磁仿真器的仿真结果是与网格化过程密不可分的。IE3D 是一个时域法

仿真器，当使用 15-20 个单元/波长并且在强耦合边缘使用小单元格时，仿真结果

通常很稳定，第 12 章将把准确度作为一个专题进行讨论。IE3D 采用一个自动边

缘单元方案“Automatic Edge Cells (AEC)”，AEC 可显著提高仿真准确度，它能

为初学者提供完美结果。同样，启用 AEC 时仿真时间将更长。网格优化用来

消除网格化过程中建立的非常规单元，非常规单元是指长度很大但面积很小的单

元，它们总是为数值分析带来麻烦，通常应激活“Meshing Optimization”，除非

不想让网格化过程改变手动建立的网格。一些用户可能困惑为什么不采用自适应网格化，经验表明，自适应网格化

是不必要的，甚至会破坏一个 MOM 仿真。IE3D 采用一个非常稳定的 MOM 算

法，对于频响变化缓慢的结构，常规的非均匀网格化就足够好了；对于频响变化

很快或者耦合强烈的结构，常规的非均匀网格化附加 AEC 将保证准确度；对于

窄带结构，仿真的谐振频率可能会有 0.1%偏差，并且很难消除这 0.1%的误差。

然而，如果采用自适应网格化，将会得到一个不断反复永不停止的过程，因为

0.1%的谐振频率误差可能在一些频率点上使 S 参数产生超过 10dB 的差别。无论

怎样，自适应网格化能做到的，常规非均匀网格化和 AEC 都能做的更好，而

IE3D 中 AEC 不能做到的，自适应网格化也同样不能做到。如前所述，20 单元/波长通常就具有足够的准确度，但这一经验法则是针对常规

微波结构的，不适用于低频结构或特殊结构。对于数字电路，结构和波长相比太

小，所以需要提高“Fmax”以确保结构在网格化时不至于只分成为数不多的几个


单元；对于 MIM 电容器，甚至要将强耦合板也网格化成理想单元以获得准确结

果。其要领是，在电流变化较快的地方需要增加更多单元。对于比波长小很多的

结构，为获得高准确度的结构，需要做更好的网格化。

第二节衬底参数定义

衬底参数包括介质衬底层数量、介质顶面 z 坐标、介质介电常数、导磁率和电导率，

复介电常数、导磁率和电导率在仿真中得到。No.0 介质层被默认为接地板，这个无穷大接

地板定义为一个具有很高电导率的衬底。No.0 衬底层上表面 z 坐标总等于 0 且不能改变，

其它参数可据实际情况改变。例如，可定义 No.0 层电导率为 0 从而移走默认接地板。可随意定义多少个介质层，并且至少在上半空间定义一个介质层，这就意味着一个结

构中至少要有 2 个介质层（包括 No.0 层，也就是接地板）。当上半空间用一种单一介质填

充时，可定义一个顶面 z 坐标非常大的介质层，例如 1.0e+10 mm 。定义介质层的实例可在

附录 T 中找到。 MGRID 默认建立两层介质：No.0 是电导率 conductivity=4.9e+7s/m 的金质良导体，

No.1 层是空气，其上表面 z 坐标 Ztop=1.0e+15 mm，也就是说整个上半空间填充满空气。要仿真的电路有三个介质层(包括接地板)：No.0 层为接地板，No.2 层是上半空间的空

气，也可忽略不计，No.1 介质板参数如下： Top Surface Z-Coordinate， Ztop=0.1mm 顶面 z 坐标 Real Part of Permittivity， Re(EPSr)=12.9 介电常数的实部 Loss Tangent of EPSr=0.0005 EPSr 损耗正切 Real Part of Permeability， Re(MUr)=1.0 导磁率的实部 Loss Tangent of MUr=0.0 MUr 损耗正切 Real Part of Conductivity=0.0s/m 电导率的实部 Imaginary Part of Conductivity=0.0s/m 电导率的虚部

IE3D 中有两种定义衬底损耗的方法： (1)定义介电常数的虚部 (或损耗正切) ；(2) 定义电导率。从理论上说，它们是可以互相转换的，定义如下： εrc=εr - j σ / ( ωε0 )= εr ( 1 - jtanδ) (3-1) 其中εr是实电导率，σ是电导率，ω是角频率，ε0是自由空间复介电常数 (8.86 × 10-12 F/m)， tanδ是损耗正切。换句话说，有 tanδ = -Im(εrc) / Re(εrc) = - j σ / ( ωε0 εr ) (3-2) 损耗正切总是非负数，介电常数的虚部总是正数。在实际应用中，总是把 tanδ或σ看作是与随频率无关的量。然而从(3-2)可以看出：当 tanδ与频率无关时，σ将与频率有关，反

之亦然。为解决这一矛盾，定义 tanδ和σ如下：

εrc = εr ( 1 - j tanδ)- j σ / ( ωε0 ) (3-3)

用户必须理解这并不是 tanδ和σ的真实定义，这样作只是为了方便用户。如果用户想

通过不依赖于频率的 tanδ来定义材料，应在 IE3D 对话框中定义σ=0；如果想通过不依赖于

频率的σ来定义材料，应在 IE3D 对话框中定义 tanδ。如果为 tanδ和σ都定义非 0 值，那么

这两个值都不是参数实际值。要定义依赖于频率的 tanδ或σ，好办法是为两变量都定义非

0 值。在不久将发布的版本中，甚至将允许用户更加灵活的定义依赖于频率的 tanδ和σ。


Administrator

高亮

Administrator

高亮

Administrator

高亮

Administrator

铅笔

Administrator

高亮

Administrator

铅笔

这里还显示了“Conductor Assumption Limit(CAL)”，此参数在 Param 菜单中

Optional Parameter 中定义（附录 A）。在 IE3D 内部，高电导率的介质被看作是不同于常

规介质的，“CAL”用来判断哪一种介质将在 IE3D 中被看作高电导率介质。每一种介质

通过一个“Cfactor”表示，如果一种介质的“Cfactor”超过了“CAL”，那么这种介质被

看作高电导率介质。

第 6 步选择 Substrate Layers 列表框上 Insert(如图 3.3 和图 3.4)，MGRID 将提示建立一

个新衬底层 (如图 3.6)。

图 3.6 输入 No.1 衬底参数后的编辑衬底（Edit Substrate）对话框

第 7 步确定选择的是“Normal”型，在对话框中输入 No.1 衬底参数(如图 3.6)并选择

OK。反应：

No.1 衬底层被建立并显示在列表框。说明：

可为衬底选择“HTS II”型，后面讨论金属带的参数时解释“HTS II”。

第三节金属带参数定义

下面定义结构中所用金属带的类型。对一般导体，印刷带参数包括带的厚度、介电常

数、导磁率和电导率，至少要定义一个金属带。在几何图形编辑中输入一个多边形时，这

个多边形总被默认为是第一种类型的印刷金属带，为调整一个多边形的印刷带类型，可选

取要改变印刷带类型的多边形，在 Edit 菜单中选择 Object Properties 项。也可为金属带类型定义“HTS I”、“HTS II”以及“薄膜电阻器 thin film

resistor”， “HTS I”和“HTS II”不表示不同类型的 HTS 材料，而是对 HTS 模式使用两

个不同方程。要定义一个印刷带类型，选择列表框上的 Insert，线路图编辑器将提示选择

一个类型并定义其参数。如果想定义所有输入的多边形并选取第二种印刷带，可删除默认的第一种印刷带类

型，那么第二种印刷带类型将自动变为第一种印刷带类型。这个电路有一种印刷带类型，No.1 型印刷带参数如下，它和默认的 No.1 金属带相

同： Strip thickness=0.002mm 微带厚度 Real part of permittivity=1.0 介电常数的实部 Imaginary part of permittivity=0.0 介电常数的虚部


Real part of permeability=1.0 导磁率的实部 Imaginary part of permeability=0.0 导磁率的虚部 Real part of conductivity=4.9e+7s/m 电导率的实部 Imaginary part of conductivity=0.0s/m 电导率的虚部

第 8 步在 Metallic Strip Types 列表框中双击 No.1 印刷带选中。反应：

跳出编辑金属类型（Edit Metallic Type）对话框并要求编辑参数 (如图 3.7)。

图 3.7 输入 No.1 金属类型参数后的编辑金属类型（Edit Metallic Type）对话框

第 9 步不必改变参数因为这正是所需要的，选择 OK，MGRID 将在对话框中显示所有

基本参数，因得到如图 3.8 所示参数。第 10 步选择 OK，MGRID 将准备建立电路的多边形。

图 3.8 定义了所有参数的基本参数对话框


现在 MGRID 中的线路图和网格已经完全表示出来了，蓝色矩形就是线路图，红色小

点是网格，红线是 x 和 y 坐标轴，其交点是原点(初始 x 和 y 可能不是 0)。用户应理解屏幕

上蓝色矩形框并不表示电路边缘。对边界开路结构，IE3D 假定衬底和接地板（如果已定

义）的边缘延伸到无穷远；对边界闭合结构，IE3D 允许用户定义边界包围的范围。线路图

上的蓝色矩形框只是为了告诉用户其电路所处位置，在电路和结构尺寸上没有任何意义。 Param 菜单中还有一些其它参数，不必在每次构造一个新结构时都更改 Optional

Parameters 的设置，将在以后对 IE3D 更加熟悉后说明 Optional Parameters。

第四节 2D 多边形输入

一个多边形通过一组顶点输入，MGRID 中有很多输入顶点的方法，简单的方法就

是用鼠标画出这些点，电路中存在一个很好的小长度时鼠标输入简单且准确。好的小

长度意味着可以这个小长度为网格尺寸，将电路很好的填入到一个均匀网格。和一些其

它仿真器不同，IE3D 中线路图网格和仿真没有任何关系。小的线路图网格并不会减慢

IE3D 仿真，因为不必把一个结构填充到这个均匀网格。下面将用鼠标建立这个结构：

第 11 步在 Edit 菜单中选择 2D Input ，为“Z-coordinate”输入 0.1，选择 OK 继续。反应：

在层窗口中将看到黑带移到“No.2，0.1000(mm)”层，这意味着输入将是

针对这一层的。说明：

选择 Edit 菜单中的 2D Input 是改变输入层 z 坐标的一般方法。实际上可点

击层窗口中所示的一个颜色较淡的特定层，于是输入层 z 坐标就转到了这一层。

现在，可以逐点输入这个多边形。从图 3.1 可知第一个顶点位于 x=0.0 mm和 y=0.1 mm，它在原点上方 4 格并位于垂直轴上。

第 12 步将鼠标从原点上移 4 格，将在右上方状态窗中看到 x=0，y=0.1，点击鼠标左键。说明：

不必将鼠标恰好放到 x=0.0 mm 和 y=0.1mm 的网格点，只要鼠标距离网格

点足够近，MGRID 将自动把顶点放在网格点。移动鼠标可计算光标到一个参考

点（例如原点）的网格数，不断查看状态窗中的相对位置。如果一个顶点被放到

了一个不希望的网格点，可通过单击鼠标右键或在 Input 菜单中选择 Drop Last Vertice 将其取消。要取消多个顶点，可不停点鼠标右键，也可在 Input 菜单中选

择 Drop All Vertices。反应：

图 3.1 的顶点被建立在 x=0.0mm 和 y=1.0mm，且在窗口中显示为一个小

点，在这个顶点与鼠标光标之间有一条线也显示在窗口中。第 13 步将鼠标由原点右移 4 格，状态窗中显示 x=0.1，y=0。点击鼠标左键输入顶点 2。反应：

图 3.2 的第 2 个顶点被建立在 x=0.1mm，y=0.0mm，且在顶点 1 和顶点 2 之

间建立了一个边。第 14 步将鼠标从上一顶点右移 26 格，状态窗显示 x =0.75，y=0，点击鼠标左键。反应：

图 3.2 的顶点 3 被建立在 x=0.75mm，y=0.0mm，且在顶点 2 和顶点 3 间建立了一

条边。第 15 步将鼠标从上一顶点上移 3 格，状态窗显示 x=0.75，y=0.075，点击鼠标左键。


反应：

图 3.2 的顶点 4 被建立在 x=0.75mm，y=0.075mm，且在顶点 3 和顶点 4 间

建立了一条边。第 16 步将鼠标从上一顶点左移 27 格，状态窗显示 x=0.075，y=0.075，点击鼠标左键。反应：

图 3.2 的顶点 5 被建立在 x=0.075mm，y=0.075mm，并在顶点 4 和顶点 5 间

建立了一条边。第 17 步将鼠标从上个顶点上移 27 格，状态窗显示 x=0.075，y=0.75，点击鼠标左键。反应：

图 3.2 的顶点 6 被建立在 x=0.075mm，y=0.75mm，并在顶点 5 和顶点 6 间

建立了一条边。第 18 步将鼠标从上个顶点左移 3 格，状态窗显示 x=0，y=0.75，点击鼠标左键。反应：

图 3.2 的顶点 7 被建立在 x=0.0mm，y=0.75mm，并在顶点 6 和顶点 7 之间

建立一条边。说明：

顶点 1 到 7 已经依次连接，但是它们还没有形成一个多边形。要构成一个

多边形，还要连接顶点 1 到 7。第 19 步在 Input 菜单中选择 Form Polygon。说明：

有很多构成多边形的方法，一种就是在 Input 菜单中选择 Form Polygon项。也可在顶点 1 处输入一个顶点，无论这两个顶点距离多近，MGRID 将提示

确定。如果 MGRID 不提示确定，那么很可能这个连接是无效的。第三个构成多

边形的方法是双击鼠标左键。反应：

一个多边形被建立并用颜色标志，这个多边形的颜色和层窗口中用 z=0.1 标

记的色带相同，说明此多边形位于 z=0.1mm的层。后结果如图 3.9。

图 3.9 输入的斜面转角多边形


第五节定义端口和显示网格

第 19 步已完成了斜面转角的创建，现在要定义端口。如果一个结构上没有任何端

口，那么仿真引擎将无法运行。端口在多边形的边上定义，有很多定义端口的方法。Ports菜单中的 Define Port 命令允许用户选择一个边并在上面用鼠标单击；Ports 菜单中的 Port for Edge Group 命令使用户可以选中一组边。实际上，尽管 Define Port 在一些问题中更方

便，Port for Edge Group 用的更普遍，下面将在本例中使用 Define Port。还有其它定义端

口的方法，将在手册的后面讨论。第 20 步在 Port 菜单中选择 Define Port 项。反应：

跳出定义断口类型的嵌入形式列表。说明：

IE3D 中每个端口都和一个嵌入形式相联系，不同端口可能需要不同的嵌入

形式，每一种嵌入形式只能解决某些类型的问题。为使 IE3D 更灵活，一共使用

六种嵌入形式：(a) 微波集成电路扩展 Extension for MMIC； (b) 局部微波集成电

路 Localized for MMIC；(c)波扩展 Extension for Waves; (d) 垂直局部 Vertical Localized；(e)50Ω波 50 Ohms for Waves；(f) 水平局部 Horizontal Localized。扩

展嵌入形式包括 (a)、(c)和(e)，这些是准确的，它们利用嵌入臂消除激励区内

产生的高阶模。然而，它们需要附加扩展空间。局部列表包括 (b)、(d)和(f)，适

用于没有端口扩展空间的高集成结构。Extension for MMIC 是灵活的扩展形

式，它几乎可以用于任何情况，其准确度在高散射系统中可能会下降，将在第 12章讨论。对 100 微米厚的 GaAs 电路， Extension for MMIC 可用于低于 50GHz 的微带结构。对于相同衬底的差动激励(耦合微带线或 CPW)，无论衬底厚度怎样， Extension for MMIC 仍很准确，因为即使在很厚的衬底时差动激励结构也具有少

的多的散射。 Extension for MMIC 可用于差动激励、耦合端口和没有无穷大接地板的结

构。Extension for Waves 在微带和带状线结构中准确，但它和 Touchstone®格

式的 EEs 不兼容。其它五种形式和 Touchstone®格式的 EEs 兼容。50 Ohms for Waves 对 MMIC 电路和滤波器设计是好的，但它只适用于具有无穷大接地板的

分离端口，不能用于差动激励和耦合端口，这就是为什么把 Extension for MMIC作为默认值的原因。Vertical Localized 和 Horizontal Localized 是特别灵活的局

部形式，默认为差动端口。Vertical Localized 可完全代替 Localized for MMIC，

但不易设置，为简便仍保留 Localized for MMIC，更多讨论见第 12 章。第 21 步选择 Extension for MMIC，选择 OK 接受嵌入列表分支中默认的“3 cells”。反应：

MGRID 被设定为定义端口模式，默认端口扩展（或嵌入臂）长度为 3 个单

元，也可在 Param 菜单中的 Optional Parameters 对话框改为其它值。为提高准

确度，可增加扩展单元数。研究发现，3 个单元通常就可产生很好且稳定的结

果，但也有例外。如端口的扩展长度（用灰色表示）不比微带到地面的距离明显

的大很多，就要考虑定义更多的扩展单元。对于更高准确度的仿真，用户可提高网格化频率和每个波长的单元数，这

将提高单元密度，仿真准确度通常会更高，但这也并不是一直都成立的。端口扩

展是通过单元的数目来确定的，随单元的变小它也将变短。为得到更高的准确

度，还要增加扩展单元的数量第 22 步将鼠标移到图 3.9 中由顶点 6 和顶点 7 构成的边，单击鼠标左键。反应：


端口 1 被定义了，由顶点 6 和顶点 7 构成的边被加厚，边缘出现一个带有数字

“1”的小矩形框。说明：

端口定义是对层敏感的，如果 2D 输入的层不对，MGRID 将不能找到边

缘。如果看到“No edge is selected for the port…”，很可能 2D 输入是在一个不同

于 z=0.1mm的层，应在层窗口中点击 No.2(z=0.1mm)并重新选择边。第 23 步把鼠标移到图 3.1 中由顶点 3 和顶点 4 构成的边并点击鼠标左键。说明：

定义了端口 1 后，MGRID 仍然处于定义端口模式，如有必要可继续定义更

多端口。反应：

端口 2 被定义，此时的结构将如图 3.10 所示，只不过其中还没有网格。第 24 步在 Port 菜单中选择 Exit Port 继续 2D Input 模式(也可以在工具栏选取定义端口

的图标退出定义端口模式)。说明：

定义完端口后退出 Define Port 模式是一个好习惯，否则 MGRID 将一直处

于定义端口模式中，这样就不能再进行其它操作。第 25 步在 File 菜单中选择 Save，输入“c：\ie3d\practice\c_bend.geo”作为文件名。说明：

用户在电路完成或未完成时都可保存电路的一部分，建议在建立大型电路

时不断将改变存盘，这将避免数据的意外丢失。用户可能关心一个电路离散化后

会是什么样子，或者想要把线路图和离散化电路作硬拷贝备份。

第 26 步在 Process 菜单中选择 Display Meshing。说明：

用户必须清楚，离散化过程总是在仿真引擎中完成。这里的网格化过程，

只是为了让用户理解电路网格化后是什么样子，而并不是必须的一步。建议用户在进行网

格化之前保存电路，网格化过程是一个递归过程，对大型结构，如内存不足，在网格化过

程中可能会因占用大量内存而出现内存问题。MGRID 9.0 为用户提供了更多关于几何图形

的信息。

图 3.10 显示网格 Display Meshing 中的自动网格化参数对话框

反应：


提示更改高频率“Highest Frequency”和单元尺寸“Cells per Wave- length”，自动化边缘单元“Automatic Edge Cells”以及网格优化“Meshing Optimization” (如图 3.10) 。

第 27 步注意不要选中“Automatic Edge Cells”，此功能将在以后讨论。选择 OK 接受默

认值。将会跳出一个窗口显示网格化过程，结束后 MGRID 将提示在网格化过程

中共创建了 21 个单元，并且单元大尺寸为 0.142mm。选择 Continue，网格化

后的结构如图 3.11 所示。说明：

和 AEC 一样，网格化的单元密度由 Fmax 和 Ncell 的乘积决定。如果用户

要更改单元密度，可以更改二者中的任何一个，如它们的乘积不变，那么就会得

到相同结果。如果用户选择了过大的 Fmax 和/或 Ncell，或者电路过大，以至于

估算的小单元数目超过了警戒限制，MGRID 将发出警告，阻止这个因创建的

单元数过多而无法结束的网格化过程。网格化完成后，网格化的结构将显示一次，要保存网格化视图直到几何结

构被更改，可选择保存网格化“Keep Meshing”。说明：

从 IE3D9.0 起，内嵌臂的单元也一并显示。这里有 4 个单元而不是 3 个单

元，因为在第 21 步中已指定，增加的一个单元留给馈源。正如所见，矩形单元

用于规则区域，而三角单元用于非连续区。矩形单元的高效和三角形单元的灵活

同时在 IE3D 得到充分利用。如果用户想对网格化的结构作硬拷贝，可以在 File 菜单中选择 Print，将结

构从与电脑相连的打印机中打印出来，对于网格化后结构中的位图图形，用户可

按下 ALT+PrtScr 把窗口抓屏到剪贴板中，然后可将其粘贴到附件中的绘图程序

或者其它的图形处理程序。

图 3.11 具有扩展端口的网格化结构图


第六节电磁仿真

电路已经建立，下一步将完成电磁仿真，本节中说明如何设置仿真。第 28 步在 Process 菜单中选择 Simulate。反应：

跳出仿真设置对话框 (见图 3.12)。说明：从 MGRID7.0 起，仿真设置在一个对话框完成，此前输入的数据将被保

存，为此时的仿真所使用。仿真设置和优化设置共用一个对话框。这里有一个“Capture”键，是用来捕捉以前仿真的频率点的，这些频率点

保存在.sp(.spt，.s2p 或.spm)文件。此外还有一个键叫做 “Retrieve”，它使用户

能从以前的仿真输入文件(扩展名为.SIM)中重新找到仿真设置对话框中的多数数

据，包括频率点和优化目标（用于优化）等。网格化参数非常重要，也可从这个对话框得到，同时还需为仿真输入频率

点。时域方法仿真器如 IE3D 需对矩阵求解，在 IE3D，求解矩阵的时间是重

要的部分。针对不同目的使用多个矩阵处理器，默认矩阵处理器是高级对称矩阵处理器

Adv. Symmetric Matrix Solver (SMSi)，对阵矩阵处理器 SMSi 和 SMS 是用于一般目的且高

效的矩阵处理器，且 SMSi 要比 SMS 快的多。然而，SMSi 矩阵处理器只能用于 Intel Pentium Pro，Pentium II，Pentium III， Pentium 4 和 AMD Athlon CPU，SMSi 矩阵处理器

在更早期的 CPU 中会受到破坏。如果尝试这个例子时出现故障，那么可以 100%的肯定电

脑使用了更早期的 CPU，必须选用 SMS 矩阵处理器。可在 Param 菜单的 Optional Parameters 中定义默认矩阵处理器。关于矩阵处理器的更多讨论见第 12 章。

在多数情况下，用户对 s-(y-，z-)参数的频响感兴趣。如果为得到完全的频

响而对结构进行仿真，那么总应激活自适应智能拟和 Adaptive Intelli-Fit (AIF)，AIF 是一个

非常高效且强大且准确的频响。然而，激活了 AIF 就不能激活保存电流分布文件 saving the current distribution file 和计算辐射方向图 calculation of the radiation pattern，将在后面讨

论。对天线的应用，当然对电流分布和辐射方向图感兴趣。对于那样的例子，将利用 AIF对结构在很多个频点上进行仿真。然后，对感兴趣的频率点例如谐振点，在不激活 AIF 的

条件下重新仿真。可在第二次的仿真中对特定的频率点激活保存电流分布和/或计算辐射方

向图。对中小尺寸的结构，IE3D 仿真几乎是交互式的。可以在对话框的 Post-

Processing 组中选中自动调用 Auto Invoke 选项。仿真结束后 IE3D 将调用 MODUA 仿真器

进行显示和后期处理。仿真设置之后有四个选项：(1)调用 IE3D“Invoke IE3D”；(2)只建立.SIM

文件“Create .SIM file only”；(3)加入到队列“Append to Queue”(4) 调用网络版 IE3D“Invoke IE3D for Net”。对交互式仿真或单个长仿真，可能会使用调用 IE3D 选项，它将

立刻调用仿真器完成仿真。第四个选项是针对网络版 IE3D 的计算的，为使用这样的功

能，用户需要持有 ZDS/ZDM license，将在后面讨论 ZDS/ZDM 和网络分布 IE3D 计算。这里有两个准确度选项：2D 仿真选项（快速 For Speed 和准确 For

Accuracy），以及 3D 仿真选项（常规 Normal 和准确 For Accuracy），它们通

过 MGRID 自动设置，用户通常不能对其进行改动。 For Speed 一般用于自由空

间中的结构，而 For Accuracy 通常用于多层介质。对话框中其它参数用于调谐和优化，两者都需用户定义一些优化变

量，将在使用调谐和优化时进行介绍。第 29 步在起始频率“Start Freq(GHz)”输入 0.5，截止频率“End Freq(GHz)”输入 40，

频率数量“Number of Freq”输入 80，按回车键并在对话框中选择 ENTER。


反应：由 0.5 到 40GHz 共输入了 80 个频率点(如图 3.12)。说明：一些熟悉其它电磁仿真器的用户，可能不适应开始就定义这么多频率点。

电磁仿真一般是一个消耗时间的过程，一些仿真器可能在每一个频率都消耗很长

时间，对于 IE3D，不必对此担心。IE3D 是一个快速且准确的仿真器。AIF 可以

使其快，激活 AIF 后可随便定义多少个频点，这不会减慢仿真过程。事实上，

为了得到圆滑曲线，建议在频带内定义足够的点。

图 3.12 MGRID 中的仿真设置对话框第 30 步确定所有其它参数都如图 3.12 所示，选择 OK 继续。反应： IE3D 仿真引擎 (IE3D.EXE)被激活完成仿真(如图 3.13)。说明：仿真完成后，所有仿真数据保存到仿真输入文件：c：\ie3d\practice\c_ben

d.sim，这个文件被用作调用 IE3D.EXE 的命令行。当选择 OK，IE3D 仿真引擎 IE3D.EXE 被自动激活并完成仿真，其内部指

令为：

ie3d “c：\ie3d\practice\c_bend.sim” (3-4) 必须使用双引号以防止路径名中空格引起的模糊，从 IE3D9.0 起，IE3D 基

于对话框形式，它为用户提供更多信息，且保留了早期版本 IE3D 控制台引擎的

所有功能。现在要讨论仿真设置对话框中的 After Setup 选项，有三个选项：(1)调用

IE3D“Invoke IE3D”；(2)只建立.SIM 文件“Create .SIM File Only”；(3)添加到

队列“Append to Queue”(4)调用网络版 IE3D“Invoke IE3D for Net，如果选择调

用 IE3D，IE3D 仿真引擎将立即被调用来完成仿真，如果选择只建立.SIM 文件，

将创建（3-4）的.SIM 文件，但命令将不会被执行。用户可以为一个新的结构使


用一个新的仿真设置，然后写一个批处理文件(扩展名为.bat)依次运行几个仿真。

批处理文件的每一行都和(3-4)相似，如没有为 IE3D 仿真引擎建立一个路径，还

要在其中包含一个路径， IE3D.EXE 的默认文件夹为 c ： \program files\zeland\exe，应把命令行写为：

图 3.13 IE3D 仿真引擎对话框

“c ： \program files\zeland\exe\ie3d” “c ： \my_directory\my_sim_file.sim” (3-5) 双引号是为了区别含有空格的文件名，在文件名中使用双引号总是安全的，反

之，长文件名中的任何空格都会干扰操作系统。第三个选项是加入到队列，基本来说新版本的 IE3D 允许用户在 Zeland

Program Manager 中建立一个仿真队列。Zeland 仿真队列自动考虑仿真列表。这

一功能使用户可对不同任务使用不同的 IE3D license 来使用网络中不同的机器，

感兴趣的用户可阅读关于 Zeland Program Manager 的说明。要提交 Zeland 仿真队

列中的一个仿真很简单，必须定义所有参数，选择加入到队列，然后选择 OK。

可能马上不会看到任何反应，但这个任务已添加到队列，它将通过使用该队列的

任何一个 IE3D license 运行。第四个选项是调用网络版 IE3D，用做分布式 IE3D 计算和优化，将在附

录 Z 中对分布计算进行讨论。

图 3.14 频率响应的史密斯圆图


第 31 步在现代计算机中，IE3D 将在不足一秒的时间内结束仿真，并在 IE3D 仿真引擎对

话框中显示所有信息(如图 3.13)。仿真结束后，MODUA 仿真器被自动调用并在

史密斯圆图或其它表格中显示数据，这取决于 MODUA 的 View 菜单中 Optional View Setting 的设置。图 3.14 为 MODUA 显示的史密斯圆图，请小化或关闭

MGRID 窗口。说明： IE3D 结束仿真后，把数据保存到文件：c：\ie3d\practice\c_bend.sp，然后调

用 MODUA 显示参数。如不想调用 MODUA，在第 29 步的仿真设置中，应不选

中 Auto Invoke。新用户可能会默认自动显示，下面演示怎样手动显示数据，这对理解 IE3D

的功能很有帮助。对.sp 和.log 文件再做一些说明，.sp 文件包含 HP/EEsof ®Touchstone ®兼容

格式的结果，但不必使用相同的扩展名.s2p，因为把端口信息加入扩展名中很不

方便。.log 文件包含仿真的中间数据，如果用户要在上面的仿真中检查一些中间

数据，需要查看文件： c：\ie3d\practice\c_bend.log。遇到错误时，IE3D 引擎通常会提示，也可以查看.log 文件。如果.log 文件

没有建立，就要打开命令提示行(start\programs\command-prompt)并以（3-2）的形

式在命令行中运行仿真器。中间信息将显示在命令提示行的窗口中，从 IE3D 8.0起，遇到错误时建立的.log 文件将在写字板中打开。

如果 MODUA 默认设置不是显示史密斯圆图，用户可能看不到史密斯圆图

窗口，要更改 MODUA 默认显示设置，可以在 View 菜单中选择 Optional View Settings。

第七节参数和曲线拟和的图形表示

图形表示在示意图编辑器 MODUA 中完成，上例中 MODUA 被激活完成显示功能。

实际上这个过程可以手动完成，自动的方法可节省一些步骤，然而，为了解其中的细节，

下面演示怎样手动使用集成电路仿真器 MODUA 处理数据。第 1 步此时 MODUA 仍在显示数据，可将其关闭并从 ZELAND FOLDER 中重新运行

MODUA，也可直接在 File 菜单中选择 Display Parameter Module。反应：

提示输入参数文件名。第 2 步选择文件 c：\ie3d\practice\c_bend.sp 并单击 OK。反应：

MODUA 读取数据并在一个史密斯圆图中表示 S11，S21 和 S22。说明：

此图与图 3.14 相似，应是上节后一步的结果。如在 MGRID 仿真对话框

的 Post Process 中选择 Auto Invoke，IE3D 将自动执行本节第 1 步和第 2 步。实

际上，Display Parameters Module 已是 MODUA 的一个简化命令。MODUA 是

一个标准网络仿真器，允许用户使用 Add Parameters Module 添加几何模块，以

及用 whole Element 菜单建立一个由不同单元组成的设计。于是，可建立一个包

含 S 参数、IE3D 几何文件和集总元件的频域仿真。用 MODUA 显示 S 参数时，

Display Parameter Module 命令避免了冗长的设计设置过程。在史密斯圆图中显示 S 参数时，如需其它格式的频响，可在 Control 菜单

中选择 Define Display Data 或 Define Display Graph，要查看设计设置，可以在

Control 菜单中选择 Display Toggle。这个设计包括三个模块：c_bend 模块，port 1 和 port 2 模块。


作为默认设置，用户选择 Display Parameter Module 时显示的是史密斯圆图，如

用户喜欢一个不同的默认值，也可以在 View 菜单中的 Optional View Settings 进行设置。

第 3 步在 File 菜单中选择 Display Parameter Module。说明：

如果在仿真设置中没有激活自适应智能拟和“Adaptive Intelli-Fit (AIF)”， c：\ie3d\practice\c_bend.sp 中的结果应和初始电磁仿真结果相同。因为选中了 AIF 激活

键， c ： \ie3d\practice\c_bend.sp 的结果是通过一个专门的内插方式从 c ：

\ie3d\practice\c_bend.spt 获得的。激活 AIF 时 c_bend.sp 的结果是内插法结果，一些用户可能会对此怀疑，

他们可能担心其准确度，建议这些用户不必担心。在实验室中已进行了大量的 AIF 仿真实

验，几乎 100%的 AIF 结果都和初始结果完美吻合，它可在一个很大的频带范围内，使用

有限的几个频点捕捉多谐振天线和电路的细节。同样，大量用户每天都在使用 IE3D，还没

有收到过失败报告。这里要提醒高性能窄带(如 0.5%)滤波器设计用户，对于这些应用，通带特

性看上去正好是一个方波，通带内几乎是平坦的，并在一个很窄的频带内转入阻带。用户

应在包含通带及其临近的范围内使用 Adaptive Intelli-Fit。对这样的滤波器，如在一个很大

的频带内使用 Adaptive Intelli-Fit，通带可以建立，但终 AIF 将因数值仿真的字长有限而

失败。第 4 步 MODUA 提示参数文件时请将文件格式由 Parameter Files (*sp)改为

Parameter Files (*.spt)，扩展名为.spt 的文件被列出，选择 c：\ie3d\practice\c_bend.spt。反应：

MODUA 给出 c：\ie3d\practice\c_bend.spt 的频响。说明：

这是初始电磁仿真结果，可看到和图 3.14 相似的图形，但只有几个频点。第 5 步在 View 菜单中选择 Graph Parameters，确定选择了 Display Frequency 且时间

间隔（Interval）是 1(如图 3.15)。选择 OK 继续。

图 3.15 MODUA 的 View 菜单中 Graph Parameters 对话框反应：

史密斯圆图中的图线重新显示，并标记以下频点：0.5，3.5，8，10.5， 20.5，25.5，30.5 和 40GHz。

说明：

电磁仿真只在这八个频率点上进行，所有其它频点值都是以内插替换的。第 6 步在 Control 菜单中选择 Define Display Data，选择 OK 继续。反应：

提示选择要显示的参数类型。


Administrator

高亮

Administrator

高亮

Administrator

高亮

第 7 步在列表框选择“dB and Phase of S-Parameters”并选择 OK。反应：

提示选择要显示的项。第 8 步选择 4 个项：“dB[S(1，1)]”，“ANG[S(1，1)]”，“dB[S(2，1)]”和 “ANG

[S(2，1)]”，并选 OK 继续。反应：

所选项的频响将显示在 MODUA 窗口，所选频率的数据如表 3.1 所示。

表 3.1 c_bend.spt 的频率响应 Freq[GHz] dB[S(1，1)] ANG[S(1，1)] dB[S(2，1)] ANG[S(2，1)]

0.5 -50.99 38.88 -1.86E-2 -2.374 3.5 -38.17 62.66 -2.22E-2 -16.59 8.0 -32.31 46.33 -2.96E-2 -37.95

10.5 -31.04 35.41 -3.52E-2 -49.86 20.5 -34.54 -5.95 -7.13E-2 -97.99 25.5 -45.32 8.21 -9.88E-2 -122.4 30.5 -39.26 90.11 -0.125 -146.9 40.0 -40.53 52.20 -0.126 166.2

第 9 步在 File 菜单中选择 Print，选择正确的打印驱动并选择 OK。反应：

数据的硬拷贝被打印出来了。第 10 步在 File 菜单中选择 Save Displayed Data。反应：

提示输入文件名，默认为“c_bend.lst”。第 11 步选择 OK 接受默认设置。反应：

数据表将被保存到文件 c：\ie3d\practice\c_bend.lst，可以用编辑器打开。第 12 步在 Control 菜单中选择 Define Display Graph。反应：

提示选择要显示的参数类型。第 13 步在列表框中选择 “dB and Phase of S-Parameters”并选择 OK。反应：

提示选择要显示的项。第 14 步选 4 个项：“dB[S(1,1)]”,“ANG[S(1,1)]”,“dB[S(2,1)]”和“ANG[S(2, 1)]”，

并选 OK 继续。反应：

所选项的频响将在图中显示出来，可注意到图线不是很圆滑因为我们没有

足够的频率点。第 15 步在 Process 菜单中选择 Curve-Fitting and Interpolation。反应：

提示曲线拟和形式及内插频率间隔。说明：

有三种可用曲线拟和形式：Cubic Spline，Intelli-Fit 和 General Intelli-fit。


Intelli-Fit 是一种老的内插法，不是很充分。Cubic-Spline 是一种很好的形式，但

只在频点足够多时工作较好。General Intelli-Fit 是和 IE3D 中的 Adaptive Intelli-Fit 相同的形式，通常总是使用 General Intelli-Fit 形式。

第 16 步选择 GENERAL INTELLI-FIT 并选 OK 继续。反应：

提示内插频率。第 17 步 Start Frequency 输入 “0.5”， End Frequency 输入 “40”， Number of Frequencies

输入 “80” ，选择 ENTER 并选 OK 继续。反应：

图中曲线变的圆滑，和图 3.16 很相像。由图可见，只有标记了的频点被仿

真，其它点由内插得到。y 方向有两格，dB[S(i,j)]使用左边的格子，ANG[S(i,j)]使用右边的

格子。第 18 步在 View 菜单中选择 Display Grid Toggle。反应：

显示在图形中时候存在网格间切换。第 19 步在 View 菜单中选择 Design Identification。反应：

提示输入设计特征。第 20 步输入“curve-fitted”并选择 OK。反应：

设计标志“curve-fitted”显示在显示图例中。

图 3.16 具有网格线的线性图

第 21 步在 File 菜单中选择 Save S-Parameters。反应：


Administrator

高亮

提示更改默认文件名 c： \ie3d\practice\c_bend.spm，有效数字及文件格

式。说明： IE3D 为 S 参数输出至少使用 10 个有效数字，这是为了保证仿真结果的准

确性。一些其它仿真器可能不接受这么多有效数字，这种情况下，可以利用 File菜单中的 Display Parameter Module 和 Save S-Parameters 转化到所需的正确

值。IE3D 仿真器使用 Touchstone ®格式作为默认输出格式。Touchstone ®格式和

MIMICAD™格式在端口很多时会有所不同。对 N 端口的 MIMICAD™格式 S 参数

文件， S(1，1)到 S(N，1)总在一条直线上，无论 N 多大。第 22 步选择 OK 接受默认文件名。反应：曲线拟和数据被保存到文件 c：\ie3d\practice\c_bend.spm。说明：保存的结果是一个曲线拟和结果，它和 c_bend.sp 中的数据相同。

第八节在 MODUA 中用一幅图表示多个仿真

第 23 步在 File 菜单中选择 Parameter File Queue。说明：下面要把曲线拟和结果和原始结果作以比较。第 24 步单击 Add 键，选择 c_bend.spt 并按 OK 继续。反应：提示输入 Queue Module ID。第 25 步键入 “original”并选择 OK。反应：文件 c_bend.spt 被加入到队列中。第 26 步选择 Display 键，这个键是 MODUA8.0 中新增的，它自动为用户调用 View 菜单

中的 Display Queue 项。说明：在老版本中，为定义队列中要显示的项，需退出 Parameter File Queue 并

选择 View 菜单中的 Display Queue Items。Parameter File Queue 对话框中的

Display 键简化了这一过程。在 Display Queue Items 对话框中，也可看到 Queue Files 键，它能直接转到 Parameter File Queue 对话框。

第 27 步在队列表中选择 c_bend.spt 模式。反应：提示输入要显示的项。第 28 步选择 4 个项：“dB[S(1，1)]”， “ANG[S(1，1)]”， “dB[S(2，1)]”和“ANG[S(2，

1)]”，选择 OK 继续。反应：共四项被加入到队列模块 c_bend.sp。第 29 步选中“Display Queue”将得到图 3.17，选择 OK 继续。


图 3.17 MODUA 的 View 菜单中显示队列项对话框反应：

这些项和曲线拟和的结果同时显示如图 3.18 所示。说明：

正如图 3.18 中所示，曲线拟和的结果只在表 3.1 所列的频点上恰好与原始

结构吻合，如仍怀疑 AIF 的准确度 (或 MODUA 中的 General Intelli-Fit)，可不选

中 AIF 再对相同结构进行仿真，将得到相同结果。

图 3.18 原始结果和曲线拟和结果的比较

第 30 步关闭 MODUA 窗口。

第九节利用 Automatic Edge Cells Feature 实现高准确度仿真

可以断言，通过仿真几个频点，AIF 方案就可在一个宽频带内产生“准确”结果。而

所谓“准确”，并不是与实际测量结果或收敛数据比较是准确的。这里所谓的“准确”只


说明 AIF 的结果和同条件下的实际仿真结果很好的吻合。至于仿真结果准确与否，需要做

大量的实验和测量数据或收敛数据进行比较。在过去的 10 年中，已通过与测量数据比较或

利用收敛研究对 IE3D 进行验证，并得到了用 IE3D 进行准确的电磁建模的不同规律。将在

第 12 章中讨论提高准确度的不同方法，因为在理解这些方案之前用户要阅读更多的章节。

本节介绍一个基于 Automatic Edge Cells (AEC)的简单而高效的改善仿真准确度的方法，确

实可使新手得到完美的结果。

第 1 步运行 MGRID，打开文件“c：\ie3d\practice\c_bend.geo”，在 File 菜单中选择 Save As 将结构保存为 “c：\ie3d\practice\c_bend3.geo”。

第 2 步在 Process 菜单中选择 Display Meshing。说明：

下面演示 Automatic Edge Cells 对网格化的影响，Display Meshing 过程不

是仿真中必须的，只是为了演示网格化，否则可以直接到第 4 步。反应：

提示更改 Fmax 和 Ncells、AEC 以及 Meshing Optimization。第 3 步选中 Automatic Edge Cells，输入 Width=0.01mm，选择 OK 继续。结构被重新

网格化，这次将建立 69 个单元（不使用 AEC 时为 21 个），选择 Continue， AEC 网格化结果如图 3.19 所示。

说明：

AEC 重要也是易混淆的参数是 Width，一些长时间的 IE3D 用户在决

定 AEC 的边缘宽度时也可能会有困难。经验是，将其设为单元尺寸的 10%左

右。转角带的宽度是 0.075mm，且在横向网格化为一个单元，于是常规单元的尺

寸约为 0.075mm，实际上还要稍大一些。选择 Edge Width=0.01mm，约为单元尺

寸的 10-15% 。

图 3.19 利用 Automatic Edge Cells 对转角进行网格化

第 4 步在 Process 菜单中选择 Simulate。反应：

跳出仿真设置对话框，第一次仿真中定义的所有频点还保存在这里，这是

IE3D7.0 的新功能，仿真设置数据可被保存。AEC 仍是激活的因为上一次的网格

化中是激活的。第 5 步选择 OK 继续。反应：

IE3D 仿真在 c_bend3.geo 运行，仿真在 2-3 内完成，仿真后 MODUA 被调

用显示结果。


Administrator

高亮

Administrator

高亮

第 6 步在 Control 菜单中选择 Define Display Graph，选择 “dB and Phase of S-Parameters”，选择 OK 继续。选择 “dB[S(1,1)]”，“Ang[S(1,1)]”， “dB[S(2,1)]”和 “Ang[S(2,1)]”,选择 OK 继续.

反应：

图形被显示。第 7 步在 View 菜单中选择 Design Identification，输入“3-Cells”并选择 OK，设计 ID 显

示在符号列表中。第 8 步在 File 菜单中选择 Parameter File Queue ，点击 Add，选择 c_bend.sp 并选择

OK 继续。反应：

提示 Queue Module ID。第 9 步输入 “1-Cell”并选择 OK 将文件加入队列，选择 OK 继续。反应：

MODUA 窗口没有改变。第 10 步在 View 菜单中选择 Display Queue Items，在队列表中选择 c_bend.sp，选择 4

项： “dB [S(1，1)]”，“ANG[S(1，1)]”，“dB[S(2，1)]”和“ANG[S(2，1)]”，选择 OK 继续。

反应：

共四项被加入到队列模块 c_bend.sp。第 11 步选中“Display Queue”并选择 OK 显示结果(如图 3.20)。

图 3.20 c_bend.sp 和 c_bend3.sp 的比较

说明：

两仿真中的 S21 吻合很好，S11 间有一些差别，dB[S11]在–30dB 范围内。

希望 c_bend3.geo 的结果很准确，一些用户可能关心是不是可得到更准确的

dB[S11]，他们可能想知道在横向使用 5 个单元的结果。可利用 Edit 菜单中 Add Edge Vertices 将结构在横向网格化到 5 个单元，将在第 12 章讨论这一方案。 c：


\ie3d\samples 中的结构 c_bend5.geo 是其预处理的结果，有兴趣的用户可尝试在

c_bend5.geo 中将 AEC 边缘宽度定为 0.005mm。一般来说，c_bend5.geo 将产生

两个边缘单元。比较可知，c_bend3.sp 与 c_bend5.sp 的区别很小。对多数结构，

一个边缘单元就足够好了，增加边缘单元将显著减慢仿真，特别是对大型结构。

在每个边缘使用 1 个边缘单元后，增加更多的边缘单元获得的准确度很小。

第十节建立斜面转角和其它路径结构的简单方法

第 4 节和第 5 节中讨论了如何建立转角。基本来讲，MGRID 允许用户将这个转角看

作一个 7 顶点多边形，对于这个 7 个顶点多边形，可不介意一个接一个输入顶点。然而，

如果这个电路由很多转角组成，看成一个很多顶点组成的多边形将变的十分繁琐。有更简

单的方法完成这一过程，本节中对此进行讨论。

第 1 步运行 MGRID，打开文件“c：\ie3d\practice\c_bend.geo”。按住“Shift”键并且在 7边形上点击鼠标。

反应：

多边形被选中并变黑，状态窗显示“Select Polygon Mode， use mouse to select polygons in all layers…”（选择多边形模式，用鼠标选择各层的多边形）。

说明：

在 IE3D 老版本中，默认模式为绘图模式，要选取多边形需首先在 Edit 菜单选择 Select Polygon(或 Select Polygon Group)。然后点击多边形选取这个多边

形 (或在选择多边形组模式中用窗口选取) 。从 IE3D 开始，这个选择过程更加简

单，可通过按下 Shift 键进入选择模式。下面重新建立这个转角，不必从 File 菜单中 New 命令开始，如从 New 开

始，不得不重新输入所有基本参数。可以删除现存于 c_bend.geo 文件中的转角并

重新建立。第 2 步在 Edit 菜单中选择 Delete 删除多边形，等效于在工具栏中选择剪刀。反应：

多边形被删除了。说明：

现在可用其它方法重新输入这个转角结构。这个转角可定义为三个顶点决

定的路径，这三个顶点是：(0.0375，0.75)，(0.0375，0.0375)和(0.75， 0.0375)。如果只需

输入这三个顶点 MGRID 就可建立路径，这个过程就更加简单，MGRID 确实具有这样的功

能。必须认识到一点，那就是这三个顶点并不在线路图网格点，线路图原点在

(x，y)=(0，0)，每个网格大小为 0.025mm。为使用鼠标输入，须定义一个所有顶点都正好

位于网格点上的网格系统。MGRID 允许用户在 Param 菜单中的 Basic Parameters 的

Layouts and Grids 部分定义更多网格系统。本节中向用户说明如何使用键盘输入作为另外

一种方法，且能更快的输入不在网格点的顶点。第 3 步在层窗口中点击色带“2，0.10000(mm)”，将 2D 输入移到 z= 0.1mm 层。在

Input 菜单中选择 Key in Absolute Location ，MGRID 将提示顶点的 x 和 y 坐

标。输入 X-Coordinate=0.0375，按 Tab 键切换到 y 坐标编辑控制，输入 Y-Coordinate=0.75，然后回车(或选择 OK)。

反应：

第一个顶点在 (x，y)=(0.0375，0.75)建立。第 5 步按下 Shift+A。Shift+A 的意思是按下 Shift 并按住不放，然后按下 A 键，后放


Administrator

高亮

开 Shift 键。这和选择 Input 菜单中的 Key In Absolute Location 是等效的。将被

提示下一个顶点位置，上一顶点坐标被默认为坐标原点。确定 x= 0.0375，然后

按 Tab 键将光标移到 y 坐标的编辑区，输入 y= 0.0375，按 Enter 键。反应：

第二个顶点被建立在(x，y)=(0.0375，0.0375)。说明：

Shift+A 是 Input 菜单中 Key In Absolute Location 菜单项的快捷键，在该

菜单项的右侧注明，可通过快捷键来到达这一菜单项。第 6 步按 Shift+R。反应：

提示输入下一顶点与上一顶点的偏移量。说明：

下一顶点应位于 (x，y)=(0.75，0.0375)，上一顶点在 (x，y)=(0.0375， 0.0375)，所以偏移量为(dx，dy)=(0.7125，0)。

第 7 步输入 X-offset=0.7125 以及 Y-offset=0.0，按 Enter 确定。

反应：

第三个顶点建立在(x，y)=(0.75，0.0375)。说明：

现在所作正如为多边形输入顶点一样，如果在 Input 菜单中选择 Form Polygon，将建立一个三顶点的三角形。但这里并不是要建立三角形，而是要建

立一个连接这三个顶点的路径。第 8 步在 Adv. Edit 菜单中选择 Build Path。输入 Path Width=0.075 并选择 Path Style 为

Smooth Corner (默认值)，按 Enter (或选择 OK) 继续。反应：

一个斜面转角被建立在 MGRID (如图 3.21)。说明：

转角位置和第 4 节中相同，但转角处切除部分较少。这个转角是自动建立

的，用户不能控制其细节。转角处的这个不同对结构的性能影响很小，可以置之不理。但

如果想使其和第 4 节中建立的完全相同，可将图 3.21 中的顶点 1 在 y 方向移 0.025mm，顶

点 2 在 x 方向移 0.025mm。

图 3.21 用 Adv Edit 菜单中的 Build Path 建立的斜面转角

第 9 步在默认的拖动模式下，按下“Shift”并只圈中图 3.21 中的顶点 1。一般来说，将

鼠标移到顶点 1 的左上角，按住鼠标左键将其拖到顶点 2 的右下角，然后放开鼠

标左键。反应：

顶点 1 处出现一个小矩形标志，说明顶点 1 被选中。


说明：

在比 9.0 老的版本中，在选中要选取的顶点前，必须在 Edit 菜单中选择

Selecct Vertices 命令进入选择顶点模式。由 IE3D9.0 起，当处于默认的拖动模式

时，用户可用 “Shift”直接切换到选择模式。对习惯旧命令格式的老用户，在这

一步中也可用原来的方法选择顶点 1：在 Edit 菜单选择 Select Vertices，然后只

圈中图 3.21 的顶点 1。

第 10 步按下“Shift”，按下鼠标左键并移动，MGRID 自动进入 Move Objects (在Edit 菜单)模式。这也是 MGRID9.0 的一个新功能，在早期版本中，用户要移动选取的目

标，必须在 Edit 菜单内选择 Move Objects。Move Objects 命令仍然可以使用，但这里用的

新移动命令更加方便。把鼠标向上移动一些，松开鼠标及“Shift”键，事实上在按下鼠标

左键后就可松开“Shift”键。反应：

选中的顶点向上移动了一些，跳出“Move Object Offset to Original”对话框

并显示偏移量 (图 3.22) 。说明：

MGRID 是一个很智能的线路图编辑器。多边形每个顶点的坐标是用双精度

浮点数描述的，当使用移动和复制命令，需要保持精度。因此，在用户使用移动和复制命

令时总是提示确认坐标，用户可以输入需要的值。实际上移动和复制命令有三种对齐模式：(1)对齐到顶点 Snap to Vertex；(2)

对齐到边缘 Snap to Edge；(3)对齐到顶点 Snap to Vertex，默认对齐到顶点，要更改对齐模

式，用户可在移动目标时按 F4。如用户使用 Edit 菜单中的 Move Objects 命令移动目标，

不必一直按住鼠标左键，在这种情况下可在 Edit 菜单中选择 Change Snapping(对应于 F4)改变对齐方式。在 Move Objects 模式下，用户也可通过单击鼠标右键或利用 Input 菜单中

的 Set Moving Reference Vertex 改变移动的参考顶点，移动参考定点是在移动和复制命令

中随光标移动的点。对现在的移动，顶点 1 附近没有顶点，所以不会对齐到任何顶点，但不必

担心因为移动的偏移量已知：dx=0 和 dy=0.025mm。

图 3.22 目标相对原点的偏移量（Move Object Offset to Original）对话框

第 11 步输入 X-offset=0 以及 Y-offset=0.025，按 Enter 继续。说明：

输入了偏移量值，将发现 After Moved 选项从“Objects Remain Selected”变为 “Objects De-selected”，这个选项使移动后的目标在进一步编辑中处于“仍

然选定”或“不选定”状态。这里不必对顶点 1 作更多命令，所以接受默认设置

After Moved 的“Objects De-selected”。反应：


顶点 1 在 y 方向移动的偏移量为 Y-offset=0.025，结果如图 3.23。第 12 步按住“Shift”并只选中图 3.21 的顶点 2 。按下“Shift”并点击鼠标左键用鼠标移

动顶点 2。此时跳出 “Move Object Offset to Original”对话框，更改 X-offset= 0.025和 Y-offset=0，按 Enter (或选择 OK) 继续。

反应：

顶点 2 移动的偏移量为(dx，dy)=(0.025，0)。MGRID 继续自动回到图形输

入模式，因为 After Mov 默认设置被改为了 Objects De-selected。说明：

第 14 步后的图形正是要建立的转角 (图 3.24)，在第 4 节中把这个转角作为

一个单独多边形来建立，而这里利用 Build Path 命令并移动顶点把它看作三个多

边形。如采用相同的网格化方式，这两个结构的结果将相同。对于不同结构产生

了不同网格的情况，由于仿真器的数值作用，不可能期望它们是相同的，毕竟数

值错误是非常小的。

图 3.23 移动顶点 1 后的转角形状

图 3.24 顶点 2 移动到正确位置后的转角形状第 13 步保存图形文件为 c_bend1.geo。

还有另外一个更简单的建立斜面转角的方法，是利用 Entity 菜单中的 Chamfered Bend，该项在附录 I 中说明，有兴趣的用户可以尝试。

用三个多边形建立这个结构时，需在这三个多边形之间进行“电”连接。用自动方

法建立了这三个多边形，这样三个多边形之间的“电连接”就得到了保证，这个有保证的

电连接在共同边缘中心处用红点表示 (如图 3.23 和 3.24)。在需要建立连接多边形的情况

下，怎样才能保证它们之间的“电连接”呢？多边形连接或“电连接”是 IE3D 中一个很

重要的概念，将在下一章说明。


第四章多边形互连和 3D 结构的创建

第 3 章中已经知道怎样在 MGRID 建立一个斜面转角并对其进行仿真，很多多边形并

不能用一个单个的多边形描述，或者不能用一个单个多边形有效的描述，必须用多个多边

形来描述，这些多边形必须连接到一起。对于大型电路的建立，可能会有一些输入错误，


于是需要修改这些电路。在这样的情况下，将涉及到多边形互连、保存和打开已经存在的

结构、删除多边形和端口。

第一节多边形互连

在 IE3D 中，只有当两个多边形共同边上的两个顶点完全匹配时，才认为多边形是互

连的。否则，即使它们看上去是互连的也认为没有互连。互连和非互连多边形的区别如图

4.1 所示。在 MGRID 中，一条共用的边在边缘中心处用一红点标志。为了让用户更好的理

解多边形的互连，下面说明互连多边形与非互连多边形的区别：

图 4.1 多边形互连

第 1 步运行 MGRID 并在 File 菜单中选择 Open。第 2 步选择文件 c：\ie3d\samples\connect.geo，并选择 Ok 继续。反应：

几何图形文件 c：\ie3d\samples\connect.geo 被打开(见图 4.3)。如图所见，

三个多边形的共同边缘处有一些红点，用来标志这些多边形已在共同边缘处互

连。多边形 2 的一些顶点不在网格点上，如前所述，这些网格点只是用来输入几

何图形的。在 IE3D 中，所有不在网格点上的结构都能够进行很准确的仿真。说明：

这是一个悬浮带状线结构，要查看怎样定义带状线结构的介质，有兴趣的用户可

从 Param 菜单中选择 Basic Parameters。 No.4，ztop=1e+15mil，Re(EPSr)=1，TanD(EPSr)=0，Re(MUr)=1， TanD(MUr)=0，

Sigma=(4.9e+7，0) No.3 ， ztop=22mil ， Re(EPSr)=1 ， TanD(EPSr)=0 ， Re(MUr)=1 ，

TanD(MUr)=0，Sigma=(0，0) No.2 ， ztop=12mil ， Re(EPSr)=4 ， TanD(EPSr)=0 ， Re(MUr)=2 ，

TanD(MUr)=0， Sigma=(0，0) No.1 ， ztop=10mil ， Re(EPSr)=1 ， TanD(EPSr)=0 ， Re(MUr)=1 ，

TanD(MUr)=0， Sigma=(0，0)


No.0，ztop=0mil，Re(EPSr)=1，TanD(EPSr)=0，Re(MUr)=1 TanD(MUr)=0，Sigma=(4.9e+7，0)

横截面介质结构如图 4.2 所示：

图 4.2 c：\ie3d\samples\connect.geo 的介质结构

图 4.3 c：\ie3d\samples\connect.geo 中已互连的多边形

第 3 步按下“Shift”键并在图 4.3 的多边形 1 单击鼠标左键。说明：

这个命令和在 Edit 菜单中选择 Select Polygon 是等效的，单击多边形 1 选

中它。从 MGRID9.0 起，可以利用“Shift”键进入不同选择模式。反应：

MGRID 处于选择多边形模式并选取了多边形 1，多边形 1 变成黑色。状态窗中显

示“Select Polygon Mode，Sel. Edit Menu items to manipulate objects (Focused on all layers)”。“选取多边形模式，选择编辑菜单中的项对目标进行操作（针对所

有层）”。第 4 步在 Adv Edit 菜单中选择 Check Connection。反应：

图 4.4 中的另外两个多边形显示为灰色，说明这两个多边形被电连接到多边形

1，于是可以确定在这三个多边形间已建立了良好的电连接。


图 4.4 黑色多边形是被选中的，灰色多边形被电连接到这个选中的多边形

第二节多边形重叠的消除及操作

重叠的多边形不能为 IE3D 仿真引擎所接受，它们被看作是非电连接的。一定要在头

脑中牢记，只有当多边形具有共同的边缘时才被看作电连接的。不幸的是，很多机械的线

路图编辑器没有 IE3D 中这样的连接概念，从其它线路图工具导入几何结构时经常出现重

叠的多边形，在仿真之前需要清除这些重叠部分。

图 4.5 c：\ie3d\samples\overlap.geo 中重叠的多边形

第 1 步在 File 菜单中选择 Open 并选择文件 c：\ie3d\samples\overlap.geo，将演示一个

多边形重叠的例子。反应：

打开几何文件 c ： \ie3d\samples\overlap.geo 的同时会出现一个警告：

“Overlapped Polygons Encountered”（遇到了重叠的多变形），事实上这里的

多边形 2 和多边形 3 重叠了，如图 4.5 所示。


第 2 步选择 OK 接受多边形重叠的警告。第 3 步在 Adv Edit 菜单中选择 Check Polygon Overlapping，MGRID 将提示遇到了重叠

的多边形，选择 OK 继续。反应：

图 4.5 中多边形 2 和 3 被显示为粉红色，说明它们互相重叠了。第 4 步在 Adv Edit 菜单中选择剪切重叠多边形 Cut Overlapped Polygons。反应：

多边形 2 的重叠部分被剪切掉了，并且在多边形 2 和 3 间的边缘出现一个

红点(见图 4.6)，说明它们已互连了。

图 4.6 执行完 Cut Overlapped Polygon 命令后 c：\ie3d\samples\overlap.geo 的结构

第 5 步在 Adv Edit 菜单中再选择 Check Polygon Overlapping，MGRID 将报告没有多边

形重叠。第 6 步在 Edit 菜单中选择 Undo，这里要展示一个剪切重叠多边形的选项。反应：

图形将恢复到图 4.5 所示的形状，多边形 2 和多边形 3 又重叠了。第 7 步按下“Shift”键并在图 4.5 中单击多边形 2 将其选中。说明：

在第 4 步中选择 Cut Overlapped Polygons，允许 MGRID 以其方便的形式

将重叠多边形剪切掉。如出现意外，MGRID 选择剪切掉多边形 2，假设不想要

MGRID 剪切多边形 2，而是希望保留多边形 2 而剪切多边形 3，应在选择 Cut Overlapping Polygons 前选择不希望剪切的多边形。

第 8 步在 Adv Edit 菜单中再次选择 Cut Overlapped Polygons。反应：

多边形 3 被剪切并且与多边形 2 互连(如图 4.7)，这里有三个红点，每个位


图 4.7 一个可选的剪切多边形重叠部分的方法

于多边形 2 和多边形 3 的一条共同边上，说明两个多边形通过三条共同边互连。

图 4.8 用 Cut Overlapped Polygon 命令排列耦合带

说明：

一般来说，图 4.7 中的连接不如图 4.6 中的好。第 7 步和第 8 步只是为了说明在

MGRID 中构建结构时可能需要的一些功能，以后将偶尔用到这一灵活性。为检

验对剪切重叠多边形灵活性的理解，图 4.8 给出了 3 条耦合带，需要把它们的左

端排列到顶点 1 和顶点 2 确定的直线上，对 MGRID 很熟练的用户，可以很简单

的利用多种方法完成这样的任务：(1)可选择每个端点的顶点把它们移动到由顶点

1 和顶点 2 确定的直线上。(2)可在 EDIT 菜单中选择 Divide Polygon，结合一些其

它命令达到目的。 (3)事实上，快的方法之一是利用 Adv Edit 菜单中的 Cut Overlapped Polygons 命令。可以画一个包含顶点 1 和顶点 2 的多边形，在图 4.8中为一个由顶点 1，2，3 和 4 组成的矩形，在 Adv Edit 菜单中选择 Cut Overlapped Polygons，这三个带将被连接到矩形边缘，然后可选择矩形并将其删

除，剩下的三个带将排列在顶点 1 和顶点 2 确定的直线上，感兴趣的用户可以实

验一下。


第三节对齐、选择和移动顶点

第 1 步下面介绍一些其它的非连接多边形，在 File 菜单中选择 Open 并选择文件 c：\ie3d\samples\gap.geo。

反应：

文件 c：\ie3d\samples\gap.geo 中的结构被显示在图 4.9，多边形 1 由顶点

10，11，12 和 13 组成，多边形 2 由顶点 5，6，7，8 和 9 组成，多边形 3 由顶点

1，2，3 和 4 组成。这里有两组匹配顶点：顶点 8 与 10，顶点 9 和 11。说明：

顶点 1 和 5 被假定为匹配顶点，但它们之间有一个宽 1mil 的缝隙，有很多

方法来连接这些多边形：一种是建立另一个多边形来填充这个缝隙，另一种是移

动顶点 5 和 6 消除缝隙。首先演示第一种方法，困难的是顶点 1 并不在网格点

上，问题是怎样找到这个顶点并在建立附加的多边形后确定电连接第 2 步在 Input 菜单中选择设置到接近的顶点 Set to Closest Vertex。反应：

MGRID 处于 Set to Closest Vertex 模式，显示在右上方的状态窗中。

图 4.9 多边形 2 和多边形 3 之间有一个缝隙

说明：

下面将为顶点 1 建立匹配顶点，为了确保输入的顶点在需要的位置上，总

是要使用 Input 菜单中的 Set to Closest Vertex 。第 3 步在图 4.9 的顶点 1 处单击鼠标左键。反应：

恰好在顶点 1 处建立了一个顶点，它和顶点 1 是匹配的。在 MGRID7.X 或

更早期的版本中，MGRID 将提示 “Close Vertices”，而从 MGRID8.0 起，处于

Set To Closest Vertex 模式时不再提醒靠近顶点。说明：

不必恰好在顶点 1 处，只要光标接近顶点 1 并且 2D 输入层是位于顶点 1 所

在的层，那么 MGRID 将自动把顶点建立在顶点 1。第 4 步在顶点 5 单击鼠标左键为顶点 5 输入一个匹配顶点。


第 5 步在顶点 6 单击鼠标左键为顶点 6 输入一个匹配顶点。第 6 步按 Shift+F 键。说明：

已经为填补缝隙的矩形建立了 4 个顶点中的三个，于是第 4 个顶点的位置

是确定的，所以不必手动建立，只需告诉 MGRID 要建立的是一个矩形就可以

了。Shift+F 是 Input 菜单中建立矩形 Form Rectangle 的快捷键，第 6 步和在

Input 菜单中选择 Form Rectangle 是等效的。

图 4.10 缝隙用小矩形填充后的结构

反应：

MGRID 将建立第 4 个顶点，它将探测到假设的接近一个边缘的第 4 个顶点

并提示是否将顶点连接到边缘。第 7 步选择 Yes 继续。一个矩形被创建填充缝隙，可看到连接多边形 2 和填充多边形(多

边形 4)间边上的红点，以及连接多边形 4 和多边形 3 的红点 (见图 4.10)。第 8 步按下“ Shift”键，并圈中图 4.10 中的多边形 2 和 4(填充多边形)选中它们。说明：

所谓“圈取多边形”就是圈中多边形的所有顶点，并不圈中任何其它多边

形的所有顶点，可圈中其它多边形的一些顶点，如果不是所有顶点被选中这些顶

点便不会被选中，灰色矩形是建议的窗口尺寸。反应：

多边形 2 和 4 被变成黑色或被选中。第 9 步在 Adv Edit 菜单中选择 Merge Selected Polygons。反应：

多边形 2 和 4 被连接到一起得到图 4.3 所示图形。说明：

从理论上，图 4.3 中的 3 个多边形和图 4.10 中的 4 个多边形描述相同的结

构，但直到考虑后的网格化结果，图 4.3 中 3 个多边形形式将创建更少单元，

并不影响准确度，这是一个更好的选择。


第 10 步在 File 菜单中选择 Save As，保存文件为 c：\ie3d\practice\fixed1.geo，到这一步

已经解决了电的非连续性并且将其保存到了一个新的文件。说明：

上述过程是解决这一问题的方法之一，下面讨论更多技术。第 11 步再次打开 c：\ie3d\samples\gap.geo，按下“Shift”键并圈中图 4.9 中的顶点 5 和

6 将其选中，注意不要选中顶点 1，它和图 4.9 中的顶点 5 很接近。说明：

下面通过以适当偏移量移动顶点 5 和 6 连接多边形 2 和多边形 3。问题是该

移动多少，当然应是顶点 1 和 5 间的距离，但得到这个距离需要 3 步。后面将讨

论怎样测量顶点间的距离，问题是是否有一个快捷方法在不计算距离的情况下确

定连接？答案是肯定的。

图 4.11 拖动顶点时的图形

第 12 步按下“Shift”键，按下鼠标左键并拖动，MGRID 自动设置到 Move Objects 模

式，这和在 Edit 菜单中选择 Move Objects 是等效的，除了使用“Shift”键时必

须按下鼠标左键才能拖动。反应：

多边形 2 的形状随鼠标光标的移动而改变。(见图 4.11)。说明：

移动对象时，应该注意两点：(1)移动参考点；(2)状态窗。已选择了顶点 5 和顶点 6，在所有选取的顶点中，其中一个将被选作移动参

考点，也就是跟随鼠标光标的点。对现在的问题，顶点 5 是移动参考点，这正是

实际上需要的，因为要连接的是顶点 5 和顶点 1，当顶点不是默认的，可点击右

键切换到下一顶点。对本例，状态窗中将显示“Move Object，Click left button to snap to

vertex， …”(见图 4.11)，实际上共有三种对齐模式：(1)对齐到顶点 Snap to Vertex：移动的参考点将对齐到近顶点；(2)对齐到边缘 Snap to Edge：移动的

参考点将对齐到近的边；(3)对齐到网格 Snap to Grid：移动的参考点将对齐到

接近的网格点。第 13 步如果不在对齐到顶点模式，拖动鼠标时请按 F4 切换对齐模式，这和使用 Move

Objects 命令时在 Edit 菜单中选取 Change Snapping 是等效的。


第 14 步移动鼠标光标（或移动顶点 5）到顶点 1 附近，移动的顶点 5 将对齐到顶点 1，

放开鼠标键。反应：

MGRID 将计算图 4.9 中初始顶点 5 和移动后的顶点 5(或顶点 1)间的偏移

量，并提示更改默认值。说明：

偏移量由 MGRID 自动计算，应为 dx=0mil 和 dy= -1mil，通常不必更改，

否则这个连接没有保证。

第 15 步在 After Move 选项中选取 Objects De-selected，选择 OK 继续。反应：

顶点 5 和 6 以合适的距离重新放置，且顶点 5 移动到和顶点 1 相同的位

置，并自动在顶点 1 和 2 间也为顶点 6 创建一个匹配顶点(如图 4.9)，匹配顶点保

证了多边形 2 和 3 间的连接。第 16 步将几何图形保存为“c：\ie3d\practice\fixed2.geo”。说明：

上面演示了两个连接非连接多边形的方法，事实上 MGRID 中还有很多实

现这一目的编辑方法，这里不再介绍，随之学习的深入必将理解 MGRID 线路图

编辑器功能的强大。

第四节圆形螺线的建立

第 1 节讨论了多边形的互连、为互连调整几何结构、剪切重叠多边形和为互连移动多

边形，本节将讨论建立圆形螺线电感，讨论中将学会怎样利用实体功能简便的创建复杂结

构，还将学会怎样利用键盘输入以及怎样建立空间电桥和多层结构。要创建的螺线电感在一个有耗介质衬底上，介电常数为 12，电导率为 5s/m。 20-mil衬层上是一个 1mil 厚介电常数为 4 的绝缘层，螺线位于绝缘层上，螺线内半径为 10mil，带的宽度为 2mil 且缝隙宽度为 2.5mil，螺线共 4.25 圈，螺线金属厚度为 0.0787402mil(2 微

米)，空间电桥金属厚度为 0.1574804mil(4 微米)，其它参数如图 4.12。


图 4.12 一个圆形螺线电感第 1 步在 MGRID 的 File 菜单中选择 New。反应：

跳出 Basic Parameters 对话框。第 2 步选择 mil 作为长度单位，在右上角的线路图和网格列表框中选择 Insert，输入 X-

From= -50、Y-From= -50、X-To= 50 及 Y-To= 50 和 Grid Size = 2 mil，X-From、

Y-From、X-To 和 Y-To 不是关键参数，使用 View 菜单中的 View Whole circuit时可被 MGRID 自动修改。Grid Size 决定每个网格的大小，这是一个重要数字，

选择 OK 添加线路图和网格参数。第 3 步对网格化参数，在 Meshing Parameters 中更改 Meshing Frequency= 10GHz，

Cells per Wavelength=20，不选中 Automatic Edge Cells 键。第 4 步下面定义衬底层，在右上角的 Substrate Layers 列表框中选择 Insert 键，跳出编

辑衬底 Edit Substrate 对话框，为 No.1 衬底输入以下参数： Top surface Z-top=20 mils 顶面 z 坐标 Real part of permittivity=12 介电常数实部 Loss Tangent for permittivity=0 介电常数损耗角正切 Real part of permeability=1.0 导磁率实部 Loss tangent for permeability=0 导磁率损耗角正切

Real part of conductivity=5 s/m 电导率实部 Imaginary part of conductivity=0 s/m 电导率虚部

选择 OK 将衬底添加到衬底层列表中。说明：

No.1 衬层的电导率为 5s/m，衬层中将存在涡流，有限电导率衬底的作用被

完全包含在 IE3D 格林函数中，有耗衬底将被准确建模。第 5 步再次在 Substrate Layers 列表框中选择 Insert 键，又跳出编辑衬层对话框，为第

二层衬层输入以下参数： Top surface Z-top=21 mils Real part of permittivity=4 Loss Tangent for permittivity=0 Real part of permeability=1.0 Loss tangent for permeability=0 Real part of conductivity=0 s/m Imaginary part of conductivity=0 s/m

说明：

No.1 衬层厚度为 20mil，是从 z=0 到 z=20mil，No.2 衬层厚度为 1mil，于是

顶面 z 坐标应为 (20+1)=21mil。第 6 步选择 OK 添加衬层，MGRID 将从顶面 z 坐标自动探测到应为 No.2 衬层。第 7 步在 Metallic Strip Type 的右上角选择 Insert 键，跳出 Edit Metallic Type 对话

框，输入以下参数：

Thickness=0.1574804 mils 厚度 Real part of permittivity=1 介电常数实部 Loss Tangent of permittivity=0 介电常数损耗角正切


Real part of permeability=1 导磁率实部 Loss Tangent of permeability=0 导磁率损耗角正切 Real part of conductivity=4.9e7 s/m 电导率实部 Imaginary part of conductivity=0 s/m 电导率虚部

选择 OK 添加金属类型为 No.2 型。

图 4.13 定义了所有必须参数后的基本参数对话框

说明：

要创建螺线电感需建立多个多边形，当然，可逐个建立这些多边形，但这

不是一个高效的方法，幸运的是有了实体菜单 Entity。

图 4.14 圆形螺旋线对话框

第 8 步在 Entity 菜单中选择 Circular Spiral。反应：

MGRID 询问选项，选项含义请参考附录 I。第 9 步在 Approximation Guarantees 组选中 Vertex Location，输入以下参数： Number of Segments for Circle=16 分割圆环的数量 Start Angle=0 degree 起始角度 Total Segments=68 (4.25 圈每圈 16 片) 总片数


Strip Width=2 mils 带的宽度 Separation=2.5 mils 间距 Start Radius=10 mils 起始半径 Center X-Coordinate=20 mils 中心 x 坐标 Center Y-Coordinate=10 mils 中心 y 坐标 Center Z-Coordinate=21 mils 中心 z 坐标选择 OK 接受其它默认设置。第 10 步选择 OK 继续，建立的圆形螺旋线如图 4.15 所示。可能注意到，图 4.15 中螺线

的方向和图 4.12 中的不一致，如电路中没有其它部分，无论其方向怎样都会得到

相同的 S 参数，但这里要建立一个更准确的。

图 4.15 第 10 步中 MGRID 自动建立的圆形螺旋线第 11 步在 Edit 菜单中选择 Undo. 反应：

螺旋线被清除。第 12 步在 Entity 菜单中重新选择 Circular Spiral，在 Approximation Guarantees 组确定

Vertex Location，输入如下参数： Axis Direction=Z-direction 轴向 Number of Segments for Circle=16 每圈的片数 Start Angle=0 degree 起始角度 Total Segments= - 68 总片数 Strip Width=2 mils 带的宽度 Separation=2.5 mils 间隔 Start Radius=10 mils 起始半径 Center X-Coordinate=20 mils 中心 x 坐标 Center Y-Coordinate=10 mils 中心 y 坐标 Center Z-Coordinate=21 mils 中心 z 坐标反应：

圆形螺旋线被建立为图 4.16 所示。


说明：

这次的圆形螺旋线刚好和图 4.12 中的相同。现在要在每个终端建立附加部

分，将终端的末端做成矩形使添加多边形更容易。图 4.16 中顶点 1 的坐标可计算

或测量，螺线中心在 (x，y)=(20，10)，起始半径为 10，于是顶点 1 在 (x，y)= (30，10)。建立一个 2×2.5mil 的矩形覆盖顶点 1 和 2 所在的末端，然而，如不想

要这个计算过程，可利用鼠标输入计算。

图 4.16 第 12 步建立的螺线

第五节测量顶点位置和顶点间的距离

假设要知道图 4.16 中顶点 1 的位置，或者要知道两顶点间的距离，可利用 Input 菜单

中的上一个实体信息 Info on Last Entry 获取信息，在使用上个实体信息命令前，需首先输

入一个或更多顶点，下面在图 4.16 顶点 1 的位置输入一个顶点。第 1 步点击 No.2 层：右下角层窗口中 Z=21mil 的层，设置 2D 输入在 z=21mil，也可在

Edit 菜单中选择 2D Input 并输入 z=21mils。第 2 步在 Input 菜单中选择 Set to Closest Vertex，在图 4.16 中点击顶点 1 在顶点 1 连接

一个顶点。第 3 步在 INput 菜单中选择 INfo on Last Entry。反应：

MGRID 将显示输入顶点坐标，并对齐到图 4.16 的顶点 1，顶点 1 的坐标应

为(x，y，z)=(30，10，21) mil。说明：

上面是获取一个顶点位置的一个方法，如输入多个顶点，就可得到每个顶

点的信息以及每对顶点间的信息。第 4 步在 Info on Last Entry 对话框选择 Close and Drop Vertices，对话框被关闭且输入

的顶点被清除。第 5 步在 Entity 菜单选择 Rectangle，MGRID 将提示输入矩形参数，将参数改为：


X-Coordinate = 30 x 坐标 Y-Coordinate = 11 y 坐标 Z-Coordinate = 21 z 坐标 Reference Point As = Upper Left Corner 参考点 Length = 2.5 长度 Width = 2 宽度 Rotation = 0 旋转选择 OK 创建一个矩形覆盖螺旋线末端的内部(见图 4.16 和 17)。反应：

MGRID 将提示检测到重叠的多边形。第 6 步选择 YES 创建此矩形。第 7 步在 View 菜单中选择 Zoom，MGRID 将设置到缩放模式并显示在状态窗，圈中要

建立矩形的部分，此过程基本如下：(1)移动鼠标光标到要输入矩形的左上角；(2)按下鼠标左键；(3)拖动鼠标到输入矩形的右下角(见图 4.15)；(4)放开左键。

反应：

输入矩形的部分被放大如图 4.17。

图 4.17 第 20 步中放开鼠标左键前的图形说明：

用户应注意到，实际的网格尺寸(或网格的 mil 大小)在缩放后没有变，即使

网格的逻辑值(或网格的象素大小)改变了，这两个多边形在一个顶点(或顶点 1)上连接，但多边形没有电连接因为电连接需要在共同的边上连接。

从 MGRID9.0 起，也可按下“Ctrl”键并圈中要缩放的部分。第 8 步通过在 File 菜单中选择 Save As 保存结构为 c：\ie3d\practice\cspiral.geo ，

MGRID 将报告重叠，用户尽管选择 OK 继续。第 9 步在 Adv Edit 菜单中选择 Cut Overlapped Polygons。


反应：

重叠多边形将在要建立电连接的顶端被剪切(如图 4.18)。

图 4.18 两个多边形在 Cut Overlapped Polygons 后合并

第六节 Continue Path Bend 和 Continue Path 命令

第 1 步在 View 菜单中选择 Whole Circuit。说明：

当然可用上面的方法处理圆形螺线的另一端，也就是图 4.16 中顶点 3 和 4所在端，但可用另外的方法，首先要显示整个电路。

第 2 步按下“Shift：键，圈中图 4.16 中的顶点 3 和 4 将其选中，在 Adv Edit 菜单中选

择继续路径弯头 Continue Path Bend 。说明：

下面将用 Adv Edit 中的 Continue Straight Path 建立一个平行于 x 轴的路

径，在这之前需建立一些额外的多边形来将相应的边弯曲。反应：

MGRID 提示弯头参数。

图 4.19 第 3 步输入参数后的 Continue Path Bend 对话框第 3 步更改终角度 Final Angle=180，弯头半径 Bend Radius=0 及片数 Segments=0。反应：


输入终角度时弯头角度 Bend Angle 将自动更改到 –12.647247487621。说明：

即可输入终角度也可输入弯头角度，取决于知道哪个或者哪个更便利，

现在不知道顶点 3 和 4 组成的边的角度，但知道要在 x 方向继续路径，终角度

应为 180 度。可输入输入弯头半径并可决定使用多少片近似弯头，这个例子不想

要任何弯头半径。第 4 步选择 OK 结束命令。反应：

在顶点 3 和 4 处的顶端建立了一个小三角形 (见图 4.20)。

图 4.20 第 4 步后的结构

第 5 步按下“Shift“键并圈中图 4.20 中的顶点 3 和 5 将其选取，在 Adv Edit 菜单中选

择 Continue Straight Path，更改 Path Length 为 40，选择 OK 接受默认的 Path Start Width 和 Path End Width。

反应：

建立了一个平行 x 轴长为 40mil 的直路径，将得到图 4.21 所示图形。

图 4.21 T 第 5 步后的结构第 6 步按下“Shift”键并圈中图 4.21 中的顶点 7 和 8 将其选中，在 Adv Edit 菜单中选

择 Continue Straight Path，输入 Path Length=20，选中建立多顶点路径 Intend to build multiple vertex path，选择 OK 接受默认值。

反应：

Intend to build multiple vertex path 遇到以下三种情况的任何一种时终止：

(1)有多个边(或两个顶点)被选中；(2)选取的边(或顶点)没有共同的 z 坐标；(3) 选取边的 z 坐标与 2D 输入 z 坐标不匹配。下面用两步建立一个路径，或者一个多


顶点组成的通道。将利用 Intend to build multiple vertex path 的选项，并需确定

选取边的 z 坐标和 2D 输入的 z 坐标相同。如发现 Intend to build multiple vertex path 选项是灰色不可用的，很可能

选取边的 z 坐标与 2D 输入 z 坐标不同，需将其取消，更改 2D 输入层到 z=21mil再选择 Continue Straight Path。

第 7 步按 Shift+R(与在 Input 菜单中选择 Key In Relative Location 等效)，输入 x-offset

=10 和 Y-offset=0，选择 OK，第三个顶点被定义，在 Adv Edit 菜单中选择 Build Path，选择 OK 接受默认设置。

反应：

一个 2 片的直路径被创建，是图 4.22 中的多边形 1 和 2。说明：

图 4.22 中的多边形 1 被假想为空间电桥，但它位于 z=21 处且和螺线的弯头

重叠，需将其提升到 z=23 层。第 8 步按下“Shift”键并在图 4.22 中的多边形 1 点击鼠标左键只选择多边形 1(多边形 1

应变为黑色)。第 9 步在 Edit 菜单中选择 Change Z-Coordinate，输入 z 坐标为 23，请确定 Keep

Polygon Connection 被选中了，选择 OK 继续。

图 4.22 第 9 步后的位置细节

反应：

图 4.22 中的多边形 1 被提升到 z=23mils，图 4.23 中有一些垂直矩形连接提

升的多边形 1 和多边形 2。

图 4.23 第 9 步后的 2D 视图和第 10 步后的 3D 视图说明：

MGRID6.0 或更早期的版本中没有 Keep Polygon Connection 选项，更改多边形

的 z 坐标时，初始层上与其它多边形间的连接将被破坏，需重新建立垂直矩形连

接，MGRID7.0 简化了这一过程。MGRID 的主窗口是顶视图，从主窗口中不能

看到多边形 1 到多边形 2 和 3 间的连接，怎样可检查那里是否存在垂直矩形呢？

当然，可尝试使用 Adv Edit 中的 Check Connection 检测，如果可直观的看到会

更好。


第七节结构的 3D 显示、金属类型显示和多边形特征编辑

第 10 步在 View 菜单中选择 3D View。反应：

3D 视图窗口被打开，显示带有垂直连接的空间电桥 (见图 4.23)。说明：

在 3D 视图窗口或 MGRID 的主窗口可看到三种不同颜色的多边形，深黄色

多边形位于 z=21mil 层，深粉色多边形位于 z=23mil 层，褐色多边形用于 3D 多边

形。从 IE3D7.1 起，3D 视图基于 OpenGL，显示质量和速度都得到了改善。可在 3D 视图窗口中选择菜单项改变 3D 视图角度，也可用快捷键左(←)，

上(↑)，右(→)，下(↓)，Home，End 旋转视图，事实上可在 3D 视图按下鼠标左键

并移动旋转视图角度。要缩放 3D 视图的一部分，用户需按下“Ctrl”并圈中要显

示的部分，按下“+”和“－”也可缩放 3D 视图结构，要观察全景，用户可在

3D 视图中按下鼠标右键并移动鼠标。在顶视图中，共用边上的红点表示多边形间的连接。作为默认，红点不显

示在 3D 视图窗口，如用户要在 3D 视图窗口中查看连接，可在 3D 视图菜单查看

2D Marker 或 3D Marker，连接标志将被显示出来。第 11 步在 3D 视图窗口的 View 菜单中选择 2D Marker。反应：

标记被显示出来(见图 4.23)。第 12 步再次在 View 菜单中选择 3D View，3D view 窗口将关闭。第 13 步在 View 菜单中选择显示金属类型 Show Metal Type。反应：

窗口中的每个多边形用“1”标志。说明：

作为默认，建立的每个多边形都采用第一种类型的金属，如要知道所有多

边形的金属类型，可在 View 中选择 Show Metal Type 查看。第 14 步按下“Shift”键并圈中提升的多边形 1(见图 4.22 和 4.23)，图 4.22 中的多边形 1

应被选中，在 Edit 菜单中选择对象特征 Object Properties。反应：

MGRID 将提示多边形特征对话框。说明：

Edit 菜单中的对象特征是一个很强大的编辑对话框，允许用户在该对话框

上编辑所有多边形和顶点，本例只向用户演示怎样更改多边形金属类型。第 15 步拖动列表框并查看复选标记，发现只有 No.139 多边形被选中，其金属是第一种

类型，本项中的复选标记意思是多边形 139 被选中，可在对话框中选中或不选中

多边形。在对话框中，项目上的复选标志表示该多边形被选中，本例不需选择更

多多边形，列表框中的 No.139 多边形即图 4.22 中的多边形 1，现在被选中。请

在图 4.24 的按键中选择 Group M-Type，它允许用户更改列表中所有多边形的金

属类型。说明：

如不严格按照这些步骤执行，结果可能会是多边形号码不同，只要理解其过程也

是可以的。反应：

MGRID 列出所有可用的金属类型，共 2 种。


第 16 步从列表中选择 No.2 type，选择 OK 继续，MGRID 将更新从列表中选取的多边形

的金属类型，可卷动列表确定 No.139 的金属类型是第二种，选择 OK 继续。

图 4.24 多边形特征对话框显示 No.139 多边形被选中反应：

图 4.22 中的多边形 1 在更新后的视图中被用“2”标记，所有其它多边形用

“1”标记，图 4.22 中的多边形 1 仍被选中。说明：

已更改了空间电桥的金属类型。第 17 步在 Edit 菜单中选择 Exit Edit，MGRID 从选择多边形模式退出，返回到默认的绘

图模式。第 18 步再次在 View 菜单中选择 Show Metal Type，出现每个多边形的标记。第 19 步在 Ports 菜单中选择 Port for Edge Group。说明：

下面用第二种方法，一个更通用的方法来定义端口。反应：

提示嵌入模式。第 20 步选择 Extension for MMIC circuit，选择 OK 继续。反应：

跳出 Edge Group Focused Layers 窗口。说明：

边组端口 Port for Edge Group 命令允许用户在一组边上定义一个端口，用

户需圈中这些边的顶点，如这些边在一个垂直平面内，MGRID 将激活这些边并

在所有边上定义一个端口。边组端口命令允许用户为一个单个端口定义复杂的

边，例如仿真同轴线结构时，需定义内导体所有边为一端口，外导体所有边为另

一端口。可利用 Edge Group Focused Layers 窗口中组合的边组端口命令，Edge Group Focused Layers 窗口允许用户将选择集中到一个特定层。


第 21 步选中图 4.23 中左下角轨迹末端的两个顶点。反应：

端口 1 定义在螺线的左边终端。第 22 步选中右边的轨迹末端的两个顶点。反应：

端口 2 定义在螺线的右边终端(图 4.25)。第 23 步再次在 Ports 菜单中选择 Port for Edge Group 退出边组端口模式，这是退出该模

式的两种方法之一，默认方法是在 Ports 菜单选择 Exit Port。

图 4.25 定义了端口的完整圆形螺线

第 24 步在 File 菜单中选择 Save As 将变化保存到 c：\ie3d\practice\cspiral1.geo，结构可

用来仿真了。

第八节选取特定层的顶点

建立了圆形螺线后，在 MGRID 中更改螺线的很多参数很困难，如轨迹宽度和缝隙宽

度。MGRID 的基本单元是多边形和顶点，即使把螺线创建为一个实体，在建立后也成为一

组多边形（或顶点），不再能容易的更改这个实体的参数。MGRID 正在研究多边形和顶

点，它们是底层元件。要更改结构，必须更改多边形和顶点。MGRID 为用户提供了控制结

构细节的灵活性，但并不具备控制较大目标参数的灵活性，因此引入 IE3D LIBRARY，

IE3DLIBRARY 有一个预定义元件的列表，如圆形螺线和八边形螺线。每个元件都进行了

参数化，IE3DLIBRARY 允许用户很容易的更改每个对象的参数。但和 MGRID 不同的是，

它不允许用户更改小的细节。IE3DLIBRARY 的使用比 MGRID 简单的多，尽管没有

MGRID 的完整功能，IE3DLIBRARY 的用户在另一不同的手册中备有证明文件。建设要把垂直多边形做成斜面，可从 cspiral1.geo 中进行调整，下面演示怎样通过移

动顶点修改结构。第 1 步在 Edit 菜单中选择选择 Vertices。说明：

前面已演示了怎样通过按下“Shift”键并圈取要选择的顶点选取顶点，这

只是捷径，传统和正规的方法是使用 Edit 菜单中的 Select vertices，这样速度慢

了，但可得到更多选项，本例中只想选择一些层上的一些顶点，必须使用 Select Vertices 命令选择顶点。

假设不想要垂直的矩形而需要倾斜多边形，可在图 4.26 中 z=23mil 层移动

顶点 1、2 和 3。


反应：

可注意右上角的状态窗中显示“Select Vertex Mode， Define rectangle to enclose vertices on all layers”，表明选择是针对所有层的。

图 4.26 缩小视图后的空间电桥

第 2 步点击鼠标右键一次。说明：

要选择图 4.26 中 z=13mil 处的顶点 1 和 2，实际上，只说顶点 1 和 2 是不明

确的。基本上，顶点 1 的(x，y)位置有两组不同的顶点：z=21mil 和 z=23mil，图

4.26 中的顶点 1 在 z=23mil，此外还有一个和顶点 1 位置相同的顶点在 z=23：一

个来自垂直矩形，一个来自 z=23mil 的水平矩形，它们是一对匹配顶点，其位置

相同，因此都看作顶点 1，这一说明同样适用于顶点 2，3 和 4。进入选择顶点模式后，不能只选取顶点 1 和 2 而不选择相同(x，y)位置处

z=21mil 上的顶点。原因是默认的选择针对所有层，需将选择集中到 z=23mil 的

层（见图 4.26 中的层窗口）。反应：

右上角的状态窗显示：“Select Vertex Mode， Define rectangle to enclose vertices on layer 1”。

说明：

点击右键把焦点切换到下一层。第 3 步点击鼠标右键 3 次并观察状态窗。反应：

上部浅色层的状态窗中显示：“Select Vertex Mode， Define rectangle to enclose vertices on layer 4“，这是顶点 1，2，3 和 4 所在的层。

第 4 步圈中顶点 1 和 2 将其选中，将看到这两个顶点用两个小矩形标志。说明：

如要确定只有顶点 1 和 2 被选中，可用 Edit 菜单中的 Object Properties 查看，这样做时 MGRID 将提示有 4 个顶点而不是 2 个被选中。是不是有问题？不

是。正如前面所讨论，顶点 1 和 2 都由两个匹配顶点组成，基本上在 4 个顶点中

只有 2 个可区分的顶点，这正是所需要的。第 5 步在 Edit 菜单中选择 Move Objects，移动鼠标并点击，被提示输入偏移量大小，

输入 X-offset=1 和 Y-offset=0，确定 After Move 的选项是： Objects Remain Selected，选择 OK 继续。

说明：

Edit 菜单中的 Move Objects 是一个移动选中目标的正规方法。


图 4.27 移动顶点 1 和 2 后的视图反应：

顶点 1 和 2 向右移动 1mil。说明：

这个斜面是一个 3D 多边形，显示为褐色，顶点 1 和 2 仍被选中，保持它们

被选中就不必再进入选择模式并聚焦在 No.4 层，要做的是不选中图 4.27 中的顶

点 1 和 2 并选择顶点 3 和 4，可以在一步完成。第 6 步当选择仍集中在第二层时，圈中图 4.27 中提升的多边形 z=23mil 或顶点 1，2，3

和 4 。反应：

顶点 1 和 2 未选中，但顶点 3 和顶点 4 被选中。说明：

顶点 1 和 2 被选择两次，成为未选定。第 7 步按下“Shift”键和鼠标左键并移动，放开鼠标左键，这是移动对象的快捷方法。反应：

MGRID 将提示输入偏移量大小。第 8 步输入偏移量 X-offset=-1 和 Y-offset=0，确定 After Move 选项是 Objects De-

selected，选择 OK 继续。反应：

顶点 3 和 4 向左移动 1mil。第 9 步在 File 菜单中选择 Save As 保存结构为 c：\ie3d\practice\cspiral2.geo。说明：

到现在为止，已建立了具有连接到空间电桥的倾斜连接器的圆形螺线电

感，结构的 3D 视图如图 4.28。

图 4.28 带有倾斜空间电桥连接器的圆形螺线说明：

如图可见，联合 Adv Edit 中的 Continue Straight Path 和 Edit 菜单中的

Change Z-Coordinate 理所当然的是建立空间电桥的好方法，但并不一直可行。

用户可能会问，怎样才能利用鼠标输入和键盘输入为 3D 结构创建必须的垂直矩

形。利用鼠标或键盘，用不同层上的顶点创建 3D 多边形或多边形是很简单的，


几乎和第 3 章讨论的创建水平多边形的过程相同。基本上只需切换到一个特定层

并在上面输入顶点，重复输入直到完成所有顶点。输入多边形顶点时，MGRID允许用户利用 Edit 菜单中的 2D Input 或通过点击层窗口更改 2D 输入层。

另外一个建立垂直多边形的有效方法是利用 Edit 菜单中的 Add Via on Edges，这个命令在 MGRID 中用的很多，将在后面演示其用法。

第九节删除项目

正如上步所见，使用 Adv Edit 菜单中的 Build Straight Path，以及 Edit 菜单中的

Change Z-Coordinate，可在有限的几步中建立由一个水平路径和两个垂直矩形组成的空间

电桥。这当然是一个建立空间电桥的高效方法，但不是建立 3D 多边形的一般方法，下节

讨论构建 3D 多边形的一般方法，将从前面创建的 cspiral1.geo 开始，并删除其中的电桥。第 1 步打开 c：\ie3d\practice\cspiral1.geo，按下“Shift”并圈中图 4.27 中顶点 1 和顶点

2 所在矩形。说明：

垂直矩形被选中但看不到，因为它是垂直的。怎样才知道已经选中了呢？

一个直接的表示是工具栏中的图标，如果矩形没被选中，剪切(剪刀)、删除、复

制和移动图标不能激活，只有多边形被选中时才能激活，但如果打开 3D 视图窗

口，可看到垂直矩形变成黑色，说明已经选中。第 2 步圈中图 4.27 中顶点 3 和顶点 4 所在矩形，第二个垂直矩形被选中，在 Edit 菜单

中选择 Delete 将它们删除。反应：

垂直矩形消失，打开 3D 视图可看到和图 4.29 相似的图形。

图 4.29 删除垂直矩形后的圆形螺旋线说明：

下面用其它方法建立这个垂直矩形。第 3 步将文件保存为 c：\ie3d\practice\cspiral3.geo，将在这个垂直矩形被删除几次后使

用这个图形。

第十节 3D 多边形的建立及互连


第 4 步在层窗口中点击 z=21mil 层将 2D 输入层切换到 z=21mil，在 Input 菜单选择 Set to Closest Vertex 对齐到该层近的顶点。

第 5 步在图 4.27 中点击靠近顶点 1 的位置，一个顶点被输入到顶点 1 的位置，但位于

z=21mil。说明：

输入顶点时不必刚好在所需位置，只要鼠标光标位置和要输入的顶点很接

近，MGRID 将自动对齐到该点。第 6 步在图 4.27 中点击靠近顶点 2 的位置，一个顶点被输入到顶点 2 的位置，但位于

z=21mil。说明：

已在 z=21 为垂直连接输入了两个顶点，现在要建立垂直多边形连接 z=21和 z=23 的层。

第 7 步在层窗口点击 z=23mil 层，将 2D 输入切换到 z=23mil，此时仍在设置到近顶点

模式，在图 4.27 中顶点 2 附近点击，第三个顶点被输入到 z=23mil。说明：

基本上切换 2D 输入到不同的层，在不同层为 3D 多边形输入顶点，这是构

建 3D 多边形的通用且简单的方法。第 8 步在 Input 菜单中选择 Form Rectangle，MGRID 将提示顶点，选择两次 YES 形成

多边形。反应：

重新得到左边的垂直矩形。说明：

可重复第 4 步到第 8 步的过程在顶点 3 和 4 的位置建立第二个垂直矩形，

下面演示一个新方法。第 9 步在 Edit 菜单中选择 Select Vertices，默认针对所有层选取，并显示在右上角的状

态窗。第 10 步点击右下方层窗口中 z=23mil 的层。反应：

选择的焦点位于 z=23mil 的层或第二层。说明：

第 2 节通过点击鼠标右键切换选择焦点，现在演示在层窗口中点击特定层

切换焦点该层，当有很多金属层时，这种方法更加容易。第 11 步圈中顶点 3 和 4 将它们选中。说明：

只有 z=23mil 中的 2 个顶点被选中，z=21mil 上的两个 xy 位置相同的顶点不

被选中，因为选择的焦点只在 z=23mil 层。第 12 步在 Edit 菜单中选择 Add Via on Edges。反应：

MGRID 将自动探测到轨迹的宽度为 2mil，将其作为对话框中默认的 Edge Width at Start 和 Edge Width at End(图 4.30)，默认 End Z-Coordinate 为 0mil。

说明：

本例要在 z=23 到 z=21 间建立一个垂直矩形，Start Width 和 End Width 应相同

且为 2mil，只需将 End Z-Coordinate 从 0 改为 21mil。


图 4.30 Edit 菜单中的 Add Via on Edge 命令

第 13 步将通道的 z 坐标由默认的 0 更改到 21，选择 OK 为 Edge Width at End 接受默认

大小 2。反应：

第二个垂直矩形建立在 z=2mil 和 z=20mil 间，应得和图 4.28 相同的结构。说明：

利用 Add Via on Edge 功能建立第二个垂直矩形，已知道 4 个顶点中 3 个刚

好在 z=21mil 的其它两个顶点上方，应保证连接。如前面的章节所述，如果担心

可用 Adv Edit 中的 Check Connection 命令查看。第 14 步保存结构为 c：\ie3d\practice\cspiral4.geo。

第十一节在多边形间建立连接路径的简单方法

第 1 步打开先前保存的文件 c：\ie3d\practice\cspiral3.geo。说明：

上面讨论的过程仍不是在两层间建立连接的快方法，下面演示一个更快

的方法。第 2 步按下“Shift”键并选中图 4.27 中的顶点 1 和 2，选择是针对所有层的，共四个顶

点被选中：z=23mil 处的顶点 1 和 2 及 z=21mil 处具有相同(x，y)坐标的点。说明：

怎样才能知道顶点 2 或 4 是否被选中呢？可以利用 Edit 菜单中的 Object Properties 查看。

第 3 步在 Adv Edit 菜单中选择 Build Connecting Path，左侧的垂直矩形被创建且连接是

有保证的。说明：

上节利用 Edit 菜单中的 Add Via on Edge 创建第二个垂直矩形时，需保证

z=21mil 处有一条边以保证连接，利用 Adv Edit 中的 Build Connecting Path 不必

担心这一对准，连接总是有保证的。第 4 步按下“Shift”键并圈中图 4.24 中的顶点 3 和 4 选中两条边，一条由 z=23mil 上的

顶点 3 和 4 组成，另一条在 z=21mil。再次在 Adv Edit 菜单中选择 Build Connecting Path ，右侧垂直连接被建立，此连接也是有保证的。

说明：


可见，Adv Edit 中的 Build Connecting Path 是一个在两层间建立连接的高

效方法，事实上没必要是两层，对同一层上多边形效果同样相当好。例如要填充

两多边形间的缝隙，可在每个多边形中选择一条边并在 Adv Edit 菜单中选择

Build Connecting Path，MGRID 将自动填充缝隙。Adv Edit 菜单中还有另一个

相似命令 Build Connecting Paths between Layers，此命令允许用户在两个不同

层上建立多对选择的边，并一次在这些边间建立连接路径，每一对的边需具有接

近的(x，y)坐标。第 5 步保存文件为 c：\ie3d\practice\cspiral5.geo。

第十二节用 Entity 中的 Conical Via 命令建立一个通道

前面已介绍了在层间建立垂直板或带状通道的不同方法，使用 Adv Edit 中的 Build Connecting Path，Build Connecting Paths between Layers 允许用户在两层间建立复杂带状

通道。只需选择不同层间的边，然后 MGRID 的命令将自动建立带状连接。实际上通道也

可是其它形状，典型形状是圆柱形和矩形。对这样一个仿真，可以做些什么呢？下面演示

MGRID 在创建不同通道中的强大功能。

图 4.31 b2b.geo 的介质结构

第 1 步运行 MGRID，打开 c：\ie3d\samples\b2b.geo，在 View 菜单中选择 3D View 在图

4.32 中得到 3D 视图。在 Param 菜单中检查 Basic Parameters 中的参数配置：

图 4.32 在两个不同层间两个路径间假想的两个通道

No.4 ， ztop=1e+15 mil ， Re(EPSr)=1 ， TanD(EPSr)=0 ， Re(MUr)=1 ，

TanD(MUr)=0， Sigma=(4.9e+7，0) No.3 ， ztop= 40 mil ， Re(EPSr)=4 ， TanD(EPSr)=0 ， Re(MUr)=1 ，

TanD(MUr)=0， Sigma=(0，0) No.2 ， ztop= 30 mil ， Re(EPSr)=1 ， TanD(EPSr)=0 ， Re(MUr)=1 ，

TanD(MUr)=0， Sigma=(0，0)


No.1 ， ztop=10 mil ， Re(EPSr)=4 ， TanD(EPSr)=0 ， Re(MUr)=1 ， TanD(MUr)=0， Sigma=(0，0)

No.0 ， ztop= 0 mil ， Re(EPSr)=1 ， TanD(EPSr) = 0 ， Re(MUr)=1 TanD(MUr)=0， Sigma=(4.9e+7，0)

z=10mil 和 z=30mil 层上有轨迹，基本上它们分别是接地板在 z=0mil 或 z=40mil的微带轨迹(见图 4.31)。在这两个轨迹间建立一个通道(见图 4.32)，第一次将重

复带状通道。第 2 步按下“Shift”键并圈中两个路径的末端以选中 z=10mil 层的顶点 1 和 2 以及 z=30

mil 层的顶点 3 和 4，在 Adv Edit 菜单中选择 Build Connecting Path。反应：

一个带状通道建立为如图 4.33 所示。

图 4.33 利用 Build Connecting Path 命令建立的带状通道说明：

可见，建立带状通道对 Adv Edit 菜单中的 Build Connection Path 来说轻而

易举。建立圆柱通道怎样呢？将在下一步演示。第 3 步在 Edit 菜单中选择 Undo 重新得到初始结构，如果不能撤销初始结构，可打开

c：\ie3d\samples\b2b.geo 文件。下面将建立一个半径为 2mil 的圆柱通道。第 4 步在层窗口中点击 z=10mil 层，将输入集中到 z=10mil，在 Input 菜单选择 Set To

Closest Vertex ，点击图 4.32 中顶点 1 对齐到该点，点击图 4.32 中顶点 2 在其上

对齐。说明：

遇到两个顶点或一条边连接到由顶点 1 和 2 组成的边，可在 Input 菜单选

择 Info on Last Entry 查看顶点 1 和 2 的信息，MGRID 列出这两个顶点的所有信

息共 3 组数据，如表 4.1 所示。它们表示顶点 1 位于(x，y，z)=(10，6，10)，顶

点 2 位于(10，0，10)，顶点 1 与顶点 2 间的偏移量为(dx，dy，dz)=(0，-6，0)。将在边的中心建立一个圆柱形通道。

表 4.1 两个顶点的信息

顶点 1 顶点 2 二顶点之间 X 10 10 0 Y 6 0 -6 Z 10 10 0


第 5 步本例不需要顶点的信息，只需找到边的中点，在 Input 菜单中选择插入中间点

Insert Mid Point 。反应：

MGRID 为用户提示插入中间点对话框。

图 4.34 Insert Mid Vertex 对话框. 说明：

用户可在边的中心或中心之外输入一点，默认刚好在中心，从 IE3D9.0起，如两顶点间存在边，用户可得到一个在边上两个顶点间插入顶点对话框。本

例只想要中间点，不必在图 4.32 中由顶点 1 和 2 组成的边上插入顶点。第 6 步不选中 Insert Vertices on Edges，选择 OK 接受默认 center 以及 Drop Last 2

Vertices 的默认设置。反应：

有两个输入的顶点被清除，但是在不设置在顶点 1 和 2 所在边插入顶点的

情况下，一个新顶点刚好在中心输入。第 7 步在 Entity 菜单中选择圆锥形通道 Conical Via。反应：

提示输入圆锥形通道的参数。说明：

输入顶点位置，或边的中点，默认为通道位置。如需要，用户也可在对话

框中更改位置。可能已注意到，通道位置也显示在列表框，且在列表框上部显示

“Total：1”，说明用户只将建立一个通道，此命令允许用户一次建立多于一个

的更多通道。怎样一次建立多个通道呢？答案很简单。需输入一组要建立通道的

位置顶点，然后在 Entity 选择 Conical Via，MGRID 将把所有输入顶点位置默认

为通道位置，用户仍可更改每个通道的位置但不能插入或移除。第 8 步输入以下参数： Number of Segments for Circle = 8 每圈的片数 Start Z-Coordinate = 10 起始 z 坐标 Start Radius = 2 起始半径 End Z-Coordinate = 30 结束 z 坐标 End Radius = 2 结束半径选择 Close Cap 和 Vertex on Phi = 0 选项，选择 OK 继续。说明：


上面参数的意义如下：将在默认的(x，y)位置建立通道，通道在 z=10mil 到z=30mil 间，z=10 和 z=30 处的半径都是 2mil，将用 8 个片近似通道圆形。这是一

个足够好的近似，实际上很多情况下，只用 4 片近似圆就可得到很完美的 S 参

数。 Close Cap 选项使 MGRID 在通道上建立盖子，Phi=0 上的顶点决定圆上第

一个顶点的位置，这和起始点相似，起始点在 Entity 菜单中建模圆形结构时用的

很频繁，起始点的意义在附录 I 的图 I.1 中说明。反应：

MGRID 自动建立圆柱通道，3D 视图如图 4.35。说明：

MGRID 的 Entity 菜单中的 Conical Via 和其它相似命令的优点是总能自动

创建复杂结构并保证多边形的连接，使用这些命令时不必担心电连接，多边形连

接在准确的 IE3D 建模中相当重要。

图 4.35 利用 Entity 中的 Conical Via 建立的圆柱通道

第 10 步保存文件为 c：\ie3d\practice\b2b1.geo，下面在 c：\ie3d\samples\b2b2.geo 文件

中建立两个通道。

第十三节利用 Entity 中的 Conical Via 命令建立多个通道

可见，建立一个通道对 Entity 中的 Conical Via 是轻而易举的，实际上建立多个通道

和单个通道同样简单。第 1 步打开 c：\ie3d\samples\b2b2.geo，顶视图如图 4.36，下面在图 4.36 的顶点 1 和

2，顶点 3 和 4 的中心部分建立两个圆柱通道。第 2 步在 Input 菜单中选择 Set To Closest Vertex，确定 2D 输入在 z=10mil，点击顶点 1

将其连接，点击顶点 2 将其连接，在 Input 菜单中选择 Insert Mid Port，不选中

Insert Vertices on Edges，选择 OK 继续。

图 4.36 通道的位置用顶点标定

反应：


找到了顶点 1 和 2 的中点且在该点建立了一个顶点，顶点 1 和顶点 2 处输

入的顶点被清除，因为接受了 Insert Mid Point 对话框中的默认设置 Drop Last 2 Vertices。

第 3 步点击顶点 3 连接一个顶点，点击顶点 4 连接另一个顶点，在 Input 菜单中选择

Insert Mid Point，选择 OK 继续。反应：

另一个顶点建立在顶点 3 和 4 的中点，在顶点 3 和 4 处输入的顶点被清

除，现在只剩下 2 个顶点，这是要建立通道的位置(见图 4.36)。第 4 步在 Input 菜单中选择 Create and Edit Vertices。说明：

建立通道前保存这两个输入的顶点，后面将用到，这一步不是建立通道必

需的，但可从中了解到 MGRID 在处理顶点中的灵活性。第 5 步跳出 Create and Edit Vertices 对话框，表明共两个顶点，可以添加，删除和更改

任意多的顶点，本例只要保存顶点，选择 Export 保存文件为“c： \ie3d\ samples\b2b2.txt”，选择 OK 继续。

第 6 步请理解第 4 步和第 5 步不是建立通道必需的，只是用来保存顶点，后面更多的例

子中将用到，在 Entity 菜单中选择 Conical Via，由顶点确定的 2 个通道位置在

列表框中，输入以下参数： Number of Segments for Circle = 4 圆的片数 Start Z-Coordinate = 10 起始 z 坐标 Start Radius = 2 起始半径 End Z-Coordinate = 30 解释 z 坐标 End Radius = 2 结束半径

选择 Close Cap 和 Edge at Phi=0 选项，对圆形结构，Edge at Phi=0 和 Start Point=0.5 是等效的(见附录 I 图 I.1)，这次将把通道近似为一个矩形，选择 OK 继

续。

图 4.37 利用 Entity 中的 Conical Via 一次建立的两个通道反应：

两个圆柱形通道被创建，3D 视图如图 4.37。第 7 步将文件保存为 c：\ie3d\samples\b2b3.geo。

第十四节用 Adv Edit 中 Build Multilayer Vias 命令在多层结构建立通道

前面已演示了怎样利用 Entity 菜单中的 Conical Via 命令创建圆柱形通道，下面说明

另外一个很强大的建立带有基盘的通道的命令。


第 1 步运行 MGRID，打开 c：\ie3d\samples\b2b2.geo。第 2 步在 Input 菜单中选择 Create and Edit Vertices，选择 Import 键并选择上一节保存

的文件：c：\ie3d\samples\b2b2.txt 。反应：

读取文件 b2b2.txt，MGRID 将提示偏移量。第 3 步选择 OK 接受默认的 zero-offset 值，b2b2.txt 文件的两个顶点被导入到列表，选

择 OK 继续。反应：

得到如图 4.36 所示的图形。说明：

如图可见，可利用 Input 菜单中的 Create and Edit Vertices 命令，从外部

ASCII 文件中导入顶点，此命令在创建复杂结构中很有用。例如，要创建一个对

数天线或一些具有特定轨迹的环形扇形，可用第三方软件如 Microsoft Excel 定义

顶点的位置，可将这些顶点写入 ASCII 文件并导入 MGRID 做进一步处理。第 4 步在 Adv Edit 菜单中选择 Build Multilayer Vias，跳出创建多层通道对话框(见图

4.37)。说明：

这一功能使用户可在多层 PCB 建立通道，用户还可选择在有限大地面上建

立通道衰减器、孔和反衰减器。

图 4.38 输入参数后的建立多层通道对话框第 5 步选择 New Z=10 并选择 Add Via Pad，Z=10 被添加到右方的列表框中。第 6 步选择 New Z=30 并选择 Add Via Pad，Z=30 被添加到右方的列表框中。第 7 步输入以下参数： Via Radius = 2 通道半径 Viapad Radius = 5 通道基盘半径


Start Point = 0.5 起始点 Segment = 6 片数选择 Clear the holes 选项，可保存 Antipad Radius 和 Hole Radius 的默认

值，因为此处不建立任何孔。应得到图 4.38 所示图形，选择 OK 继续。反应：

建立了两个带有四个通道衰减器的通道(见图 4.39)，这些通道没有盖子。创建多层通道命令特别适用于在多层 PCB 结构中建立通道，可同时建立通

道和通道基盘。实际上，甚至可在多层上建立孔和反基盘以及通道和通道基盘，

将在后面演示这样的功能。

图 4.39 通过创建多层通道命令创建的带有衰减器的通道。

第 8 步保存图形文件为 c：\ie3d\samples\b2b4.geo。

第十五节多边形互连和通道创建的总结

在 IE3D 仿真几何图形的创建过程中，多边形互连随处可见。用户必须牢记，只有当

两个多边形共有匹配的边缘时它们才能互连 (见图 4.1)。通道用在 PCB 和平面电路内部层之间的互连中，建立通道时必须确定通道以及路径

之间的连接。本章中讨论了建立通道的不同方法。对简单的微带和带状通道，可用 Adv Edit 菜单中的 Build Connecting Path。对于带

状通道和形状规则的均匀通道，如果确定匹配顶点位于第二层，可用 Edit 菜单中的 Add Via on Edge 命令。对于两层间的圆柱或圆锥形通道，可用 Adv Edit 菜单中的 Conical Via命令。在具有有限大接地板的 PCB 中、带通道基盘的圆柱形通道、孔和 PCB 电路有限大

地面上的反基盘，Adv Edit 菜单中的 Build Multilayer Vias 应是一个好的选择。对常规多

边形形状通道，需用 Adv Edit 菜单中的 Build Holes from selected Polygon 命令，这里没有

讨论这一命令，将在后面相应的例子中讨论，这一章到此结束。


第五章电流和方向图显示，电磁最优化

前两章讨论了基本技术和结构的构建，第 3 章和第 4 章构建、仿真及显示中使用了

MGRID，IE3D 和 MODUA。本章讨论用 MGRID 和 PATTERNVIEW 实现电流和方向图显

示。 IE3D9.0 以前利用 CURVIEW 应用程序完成电流分布、方向图计算和显示，后来利用

PATTERNVIEW 做方向图显示、对比和处理。PATTERNVIEW 在方向图显示中确实比

CURVIEW 好。从 IE3D9.0 起，为更好集成，将 CURVIEW 所有功能集成到线路图编辑器 MGRID，

所有电流分布和方向图处理功能在 MGRID 中得到了提高。尽管 IE3D9.0 中可能还提供

CURVIEW，但它已被完全替代了。CURVIEW 将在 9.0 后的版本中逐渐淘汰，这里不再讨

论其用法，建议老用户改用 MGRID 和 PATTERN 显示电流和进行方向图处理。为显示一个结构的电流分布和辐射方向图，需在结构中运行仿真并保存电流分布和方

向图数据文件。第一个例子是第 4 章中的螺线电感。

第一节一个螺线电感的仿真及 L 和 Q 的提取

第 1 步运行 MGRID 打开 c ： \ie3d\practice\cspiral1.geo ，在 Process 菜单中选择

Simulate。反应：

跳出仿真设置对话框。第 2 步将要扫描一个大的频率范围并观察其频率响应，输入 Start Freq=0.05GHz，End

Freq=10GHz，Number of Freq=200，按回车键。反应：

从 0.05GHz 到 10GHz 以 0.05GHz 的步长共在列表中输入 200 个频率点。

图 5.1 MGRID 发出的端口确认警告第 3 步对如此多的频点，建议不激活 Current Distribution File，否则此文件将很大。首

先观察其频响，选择 Adaptive Intelli-Fit (AIF)，不选中 Current Distribution File。不选择 Current Distribution File，则 Radiation Pattern File 将自动不被选

中，不激活 Automatic Edge Cells (AEC)，AEC 可获得高准确度结果，但将减慢


仿真。这里只想得到一些快的结果，选择 OK 继续。反应：

MGRID 将显示“Errors or Warnings Detected in Port Validation”(见图 5.1)。说明：

对一个没有电磁仿真经验的一般用户，端口是困难的问题。从 IE3D9.0起，尽量在一个仿真前用一些确认程序确认端口并为用户提出建议，端口确认错

误和警告的讨论见表 5.1。第 4 步在端口 1 和端口 2 都有“High Warning”，但在说明中选中“v1. vs. v2”，发现

v1 和 v2 相差并不远。说明列表框对话框中的第一个说明中看到“… is too big (0.108909 vs. 0.085)”，这说明衬底厚度比告警限制约大了 20%，这并不算太

多。对这个螺旋线的例子，衬底中 21mil 中的 20mil 是导电性材料，绝缘层只有

1mil 厚，由于传导性，轨迹与地面间的“有效”距离应小于 21 mil，并不会有那

么严重，请选择 CONTINUE 开始仿真。

表 5.1 MGRID 的端口确认中的错误或警告信息分类错误/警告严重性说明错误 Error 很严重用户应在进行仿真前努力解决问题高级告警

High Warning 相当严重一般来说已相当严重。但用户应检查项目描述中的

声明(v1. vs. v2)，如果 v1 和 v2 的值很接近，就不

是一个很大的错误中级告警

Medium Warning 有些严重没有 High Warning 严重，也可查看描述中的声明

(v1. vs. v2) 低级告警

Low Warning 不严重应不是一个很严重的警告，但可能会带来准确度问

题注意： MGRID 不可能为用户避免所有可能的问题，一些探测到的问题可能

不像 MGRID 想象的那样严重，这并不是说如果 MGRID 没有发出警

告电路就是准确的反应：

IE3D 将被调用，在现代计算机中不到 1 分钟的时间内完成对结构的仿真。

仿真完成后 MODUA 被调用显示 S 参数，既可是笛卡儿坐标系也可是史密斯圆图

形式。第 5 步如果显示的不是笛卡儿坐标系下的 S 参数，可在 MODUA 的 Control 菜单中选择

Define Display Graph，选择“dB and Phase of S-Parameters”，选择 OK 继续。

选择“dB[S(1，1)]”和“dB[S(2，1)]”，然后选择 OK 在笛卡儿坐标系中显示 S参数 (如图 5.2)。

说明：

这是一个典型的螺线电感响应，S21 在直流时近似于 1(或[S21]近似于 0dB)并随频率减小，S11 随频率变大，由于衬底有耗，S11 不能增加到 1。一些用户可

能对电感的 L 和 Q 大小感兴趣，螺线电感简单的等效电路是 LR 串联电路，但

用户应理解这只是一个很低频的近似，宽带等效电路甚至要比通常使用的复杂的

π网络要复杂的多。在计算中，当螺线作为 1 端口差动激励时，Q 值计算为

Im(Zin)/Re(Zin)，可能和其它更精确模型不同。IE3D 中确实允许提取 L 和 Q，即

使在高频中不再有任何意义。第 6 步在 Process 菜单中选择 LC-Equivalent，为 Multiple Frequency LC-Equivalence

对话框选择 OK，在等效电路端口类型定义并联 R 选项对话框 Shunt R Option in Port Definition Style for Equivalence 中为并联电阻选择“With Shunt R”。

MODUA 将开始提取电路，将发出一个电感为负的告警，这是因为事实上等效电


路在一些高频上是无效的。如果强迫等效电路，将得到负的 L 值，选择 YES 继

续，MODUA 将在一分钟之内完成提取，完成后将发出一个信息说明结构保存到

cspiral1.txt 文件，选择 OK 继续，spiral1.txt 将在 Windows 附件的 NOTEPAD 打

开。

图 5.2 螺线电感的频响

说明：低频数据的一部分列在表 5.2 中，可将这些数据导入 Microsoft Excel 或类似

的程序中绘制曲线，图 5.3 给出了 Microsoft Excel 中的 L 和 Q 的频率曲线。可

见，L 值下降并终在 1.5GHz 附近低于 0。实际上电路在 0.25GHz 之后已不再准

确，由误差因子可以看出(见表 5.2)。对本例，当误差因子超过 0.25-0.3，等效电

路的 S 参数就和初始电路不同了。对于要得到和 SPICE 格式兼容的 LC 等效电路的情况，应在一个单一频点

进行提取，MODUA 将在这个频率提取等效电路。用户可通过选择 MODUA 的

FILE 菜单中的 Save SPICE File 将结果保存为 SPICE 格式。

表 5.2 低频时的 LC 等效电路参数频率(GHz) 误差因子 Q 因子串联 R(Ohms) 串联 L(nH) 并联 R(Ohm) 并联 C(pF)

0.05 0.06005 2.2928 3.1269 22.923 1.17E+05 1.5893 0.1 0.12107 4.454 3.1396 22.631 46819 1.6183 0.15 0.18259 6.5366 3.0881 22.343 16674 1.6275 0.2 0.24494 8.5289 2.959 21.984 8174.6 1.6327 0.25 0.30848 10.384 2.7348 21.545 4825.7 1.6377 0.3 0.37367 12.018 2.3954 21.026 3179.3 1.644 0.35 0.44097 13.327 1.9191 20.43 2245.4 1.6525 0.4 0.51092 14.203 1.2843 19.764 1661.2 1.6636 0.45 0.58407 14.565 0.46986 19.033 1269.3 1.6775 0.5 0.661 14.395 -0.54348 18.243 992.38 1.6943

第二节平均电流显示

第 1 步保存打开的文件 c： \ie3d\practice\cspiral1.geo 为 c： \ie3d\practice\cspiral1


a.geo，在 Process 菜单中选择 Simulate。说明：

这次将从电流分布文件中保存的频点对其进行仿真。第 2 步在 Frequency Parameters 组中选择 Delete All 移除所有的频点，输入 Start Freq=

0.5，End Freq=2 和 Number of Freq=4，并按 Enter。反应：

0.5，1.0，1.5，2.0 四个频点被输入到列表。第 3 步输入 Start Freq=5 并按 Enter。反应：

f=5 也被输入到列表。

图 5.3 Q 和 L 的频率曲线

第 4 步不选中 AIF，选中电流分布文件 Current Distribution File，选择 OK 继续。

MGRID 将再次发出警告，选择 Continue 继续仿真，仿真将在短时间内完成。反应：

仿真后 MODUA 被调用显示 S 参数，另一个 MGRID 被调用对结构网格化

并显示电流分布。说明：

在 9.0 版本之前，CURVIEW 用作显示网格化的结构和电流分布显示的后置

处理，为了更好的集成，CURVIEW 的功能已完全集成到 MGRID 中。网格化结构的显示和初始结构很相似，网格化结构的顶视图显示在 MGRID

的主窗口和 3D 视图窗口中。实际上，对后置处理，3D 视图窗口就是主显示窗

口。另外一个窗口显示网格化结构的层，此窗口也用来显示当前显示的颜色栏。用户可能发现 MGRID 主窗口的菜单改变了，用户不能使用 MGRID 的所有

编辑功能，除了仍然可选择多边形和顶点。第 5 步请在 3D 视图点击左键并移动，螺线的 3D 视图将改变角度。请按下面六个键中

的任何一个：←，↑，→，↓，Home，End，可看到视图角度也发生变化。要缩放

视图，按下“Ctrl”键并圈中要显示的部分。要截取窗口，在 3D 视图按下右键并

移动。用上面的命令可调整 3D 视图到合适的角度和尺寸。第 6 步在 MGRID 主窗口的 Process 菜单中选择 Display Current Distribution。反应：

电流分布显示参数对话框如图 5.4。


说明：

可在左上角的组合框中选择显示类型，默认值是 Average Current Distribution，在写本文时共有 6 种可选的显示类型，在附录 L 中说明。左边列表

框的列表中共 5 个频点，用户必须每次选择一个频点。在列表框右侧，用户可选择参数控制显示，例如用户可选择显示电流或磁

流，可选择是否要显示每个单元的边界，可选择为颜色刻度使用 dB 还是线性。左下角的列表显示结构的层，用户可选择要显示的层，右下角列出端口和

激励，用户可选择源的类型有：(1)电压源；(2)电流源；(3)波源。用户还可定义

源的幅度和相位，以及每个端口的终端阻抗，请查阅附录 R 获取不同源的意义。

图 5.4 电流分布显示参数 Current Distribution Display Parameters 对话框第 7 步选择 OK 接受默认的电流分布显示设置。反应：

3D 视图更新为彩色显示，出现一个显示端口激励的新窗口(见图 5.5)。说明：

螺线变成红色，颜色窗口显示一个用作颜色刻度的颜色栏，螺线上不同位

置的不同颜色表示电流幅度的不同。实际上在 0.5GHz 的低频，螺线上的颜色总

是红色，说明电流密度在整个螺线上变化不大。激励窗口显示源的幅度和相位，入射波，反射波，电压，电流和每个端口

的终端阻抗。入射波和反射波总是以 50-ohm 系统为参考。图 5.5 所示为电流分布，平均电流分布的更多信息请查阅附录 L。第 8 步再次在 MGRID 主窗口的 Process 菜单中选择 Display Current Distribution。反应：

再次跳出电流分布显示参数对话框。说明：


这次自动颜色刻度 Auto Color Scaling 自动不被选中， Max E-Current 为

图 5.5 螺线中低频(0.5 GHz)时的近均匀电流分布

图 5.6 螺线中高频(5GHz)时的显著非均匀电流分布

329.81，这是上个显示中在 0.5GHz 处探测到电流密度的大值，是上个显

示中 0dB 的参考，可能不是其它频率的电流大值，但是为比较，在显示

其它频率点是不更改此值。如要得到特定频点的大电流密度，应为每个

频率显示选中 Auto Color Scaling。


第 9 步在频率列表框中选择”Freq=5GHz”并选择 OK 继续。反应：

3D 视图被更新，将在螺线上看到更多不同的颜色(图 5.6)。说明：

更高频率上电流将更分散，螺线上的更多颜色说明一些位置的电流比其它

位置更强，如要区别更多颜色，可再次选择 Display Current Distribution 菜单

项，并更改“Mag Scale”和“dB step”值，这里不做这一步，有兴趣的用户可以

尝试。

第三节矢量电流显示

图 5.5 和 5.6 所示为平均电流分布，说明电流时间平均值的强弱，但不能得到特定位

置电流的方向。如附录 L 所述，频域中电流分布是一个复矢量函数，换句话说矢量的方向

随时间变化。因此，显示时间平均矢量电流是没有意义的。取而代之，我们对不同时间特

定位置的矢量电流感兴趣，从特定时间的方向可知道天线结构的极化特征，下面演示怎样

显示特定时间的矢量电流。

第 1 步再次在 MGRID 主窗口的 Process 菜单中选择 Display Current Distribution。反应：

跳出电流分布显示参数 Current Distribution Display Parameters 对话框。

图 5.7 选择 Vector Current Distribution 后的对话框

第 2 步在组合框的左上角选择 Vector Current Display(见图 5.7)，确定频率为 5GHz。说明：

可能注意到这里有几个参数被激活：(1)矢量形状 Vector Shape；(2) 矢量尺

寸 Vector Size；(3) 周期统计 Cycle Count。在 CURVIEW 的矢量电流显示中，矢


量尺寸表示特定时间特定位置矢量电流密度的幅度，已经认识到，不同位置电流

密度的幅度可能会有次序的不同，次序的不同可能对矢量尺寸产生很大影响，电

流密度幅度用矢量的颜色表示，单位为 dB。 MGRID 中的矢量是圆锥形矢量，矢量形状定义圆锥底部直径与圆锥长度的

比率，默认值为 0.5，矢量尺寸参数定义矢量的尺寸，默认尺寸由网格化尺寸自

动计算，周期统计定义显示时间。正在仿真的是电流分布频响，电流随时间和频

率作正弦函数变化。在某种意义上，显示时间矢量电流分布时，只要显示一个周

期的一部分，周期统计的值从 0 到 1 定义一个周期中的时间。第 3 步确定参数如图 5.7 所示，选择 OK 继续，将显示矢量电流分布。第 4 步可以看到矢量和希望的一样指向轨迹，轨迹的颜色是均匀褐色，矢量的颜色是变

化的，显示 0.25 个周期内不同位置电流强度的变化，再次在 Process 菜单选择

Display Current Distribution，更改 Vector Size 到 2mm。反应：

矢量的尺寸增加并如图 5.8 所示。第 5 步在 Process 菜单中选择 Current Distribution Display，将 Cycle Count 从 0.25 改

为 0.5，选择 OK 继续。反应：

矢量的颜色改变显示不同时间矢量电流分布的变化。

图 5.8 5GHz 处 0.25 周期内的矢量电流显示

第四节平均和矢量电流显示

已知道怎样显示平均和矢量电流分布，每一个显示都揭示结构电流分布的一些特定信

息，可不可以在一个显示中同时显示这些信息？这在 CURVIEW 中是无法实现的，但是

MGRID9.0 实现了这样的功能。第 1 步在 MGRID 的 Process 菜单中选择 Display Current Distribution，MGRID 将提示


显示参数，在左上角的组合框中为显示类型选择 Average and Vector Current Distribution，选择 OK 继续。

反应：

螺线上的电流分布视图再次改变，在结构中看到不同颜色显示结构中的平

均电流分布。还可看到不同颜色的矢量表示特定时间的电流强度，结构和特定位

置矢量的颜色不必相同。显然，在一个特定位置，平均电流可以很大，但是在特

定时间不一定很大。

图 5.9 5GHz 处 0.5 周期内的矢量电流显示

第 2 步再次在 Process 菜单中选择 Display Current Distribution，将 Cycle Count 改为其

它值，看到结构中不同位置的颜色没有变化，但矢量颜色随周期统计变化。结构

颜色显示不同位置的平均电流幅度，不是时间的函数。矢量的颜色显示不同时间

不同位置处电流的幅度，是时间的函数。

第五节标量和矢量电流分布动画

正如所见，结构上的电流分布是时间的函数，可仿真电流怎样在结构中流动。第 1 步在 MGRID 的 Process 菜单中选择 Display Current Distribution ，MGRID 将提示

显示参数，在左上角的组合框中为显示类型选择 Scalar Current Distribution Animation 。

反应：

电流分布显示参数 Current Distribution Display Parameters 对话框改变

了，可看到两个参数被激活：(1)帧/周期 Frames/Cycle；(2)时间间隔(ms)。帧/周期的默认值是 15，说明 MGRID 以 15 帧/周期的速度仿真电流，时间间隔默认值

为 200ms，说明两个连续帧间的时间间隔是 200ms，每个周期为 3000ms 即 3s。第 2 步更改 Frames/Cycle 为 15，Interval (ms)为 100 ms，选择 OK 继续。反应：

结构中不同位置的颜色随时间变化。


说明：

和平均电流显示的颜色不同，此显示中的颜色表示特定时间特定位置的电

流强度，和矢量电流显示中矢量颜色的意义相同，结构上变化的颜色以时间的函

数说明电流流动。第 3 步再次在 Process 菜单中选择 Display Current Distribution，在左上角的组合框中

为显示类型选择 Vector Current Distribution Animation。反应：

电流用改变颜色的矢量模拟。说明：

矢量的颜色变化同时显示电流流动时间函数的幅度和方向。

第六节在电流动画中使用 ZDib 动画

ZDibAnimator 首次在 FIDELITY 电磁仿真器(Zeland Software，Inc.的一个非均匀

FDTD 全波 3D 仿真器)中用作近场仿真，尽管已为 IE3D 用户提供，但直到 IE3D9.0 为止其

用处很小。 IE3D9.0 中可在 MGRID9.0 中完成高质量的电流分布仿真，但也可在

ZDibAnimator 实现高质量电流仿真，两者的仿真各有所长。MGRID9.0 是一个实时仿真

器，不必创建可能占用很大硬盘空间的位图文件，用户可更改仿真的实际时间。MGRID 的

缺点是：(1)用户要调整参数才能得到彩色仿真；(2)复制相同意义的显示可能有困难；(3)多边形的数量很多时显示质量会降低。另一方面，用户可捕捉位图文件为仿真作仔细的调整，只要在 ZDibAnimator 中保存

位图文件，就可在任意时间后精确复制仿真。无论显示多边形的数量有多大，

ZDibAnimator 仿真的质量相同。ZDibAnimator 仿真的缺点是在仿真中不能更改参数，如要

获得不同参数的仿真，不得不制作多组位图图片，通常每组位图图片包括 10 到 50 个帧，

每个帧可能占用多于 1MB 的硬盘空间，这样可能占用大量的硬盘空间。下面演示怎样用

ZDibAnimator 进行电流分布仿真。第 1 步在 MGRID 仍在显示矢量电流仿真时，在 MGRID 的 3D 视图窗口(不是主窗口)中

View 菜单中选择 Save to Bitmap Files。反应：

MGRID 提示保存位图文件对话框(见图 5.10)。

图 5.10 ZdibAnimator 仿真中的保存位图文件对话框


第 2 步为仿真选择 Invoke ZDibAnimator，选择 OK 继续。说明：

用户可为位图文件输入相同的前缀，这里接受默认前缀，请注意位图文件

的目录，如果从 c：\ie3d\practice directory 打开 cspiral1a.cur 文件，位图文件应在

c：\ie3d\practice directory。反应：

MGRID 将保存位图文件，保存了所有文件后提示文件被保存。第 3 步选择 OK 继续。反应：

调用 ZdibAnimator 进行仿真，MGRID 上的仿真仍在继续，这两个仿真的质

量相同。第 4 步关闭 ZdibAnimator，下面演示怎样利用 ZDibAnimator 通过保存的位图文件复制

相同仿真。第 5 步从 Zeland Program Manager 或 Zeland Folder 中运行 ZDibAnimator。反应：

跳出一个对话框并询问位图选项。说明：默认仿真时间间隔 Animation Time Interval 是 100ms，这是一个很好的设

置，下一步是选择文件。第 6 步选择 Browse 键，将被提示选择位图文件。更改目录到：c：\ie3d\samples 或保存

位图文件的目录，将看到该目录中位图文件的列表，需选择一组位图，本例可得

表 5.3 所示列表。表 5.3 列表中的位图文件

Cspiral1a_0.bmp Cspiral1a_14.bmp Cspiral1a_7.bmp Cspiral1a_1.bmp Cspiral1a_2.bmp Cspiral1a_8.bmp

Cspiral1a_10.bmp Cspiral1a_3.bmp Cspiral1a_9.bmp Cspiral1a_11.bmp Cspiral1a_4.bmp Cspiral1a_12.bmp Cspiral1a_5.bmp Cspiral1a_13.bmp Cspiral1a_6.bmp

说明：

位图文件由第一个统计数字开始以数字序号排列，所以第一个位图文件是

cspiral1a_0.bmp ，后一个位图文件是 cspiral1a_9.bmp 而不是

cspiral1a_14.bmp，这并不是关键，应选择所有 15 个文件。第 7 步在列表中点击 cspiral1a_0.bmp 将其选中，按下 “ Shift ” 键并选择

cspiral1a_9.bmp 文件，范围中的所有 15 个位图文件应被选中，点击 Open 键。反应：

所有 15 个位图文件应选中在“Please Specify Bitmap Options”对话框的列

表中(见图 5.11)。说明：

所有文件应自动排序，还没有看到过任何没有排序的情况，如用户遇到这

样的情况，总可从列表中选取一个文件，然后选择列表中的上下键调整文件顺

序。第 8 步选择 OK 继续，ZDibAnimator 被调用并显示螺线的仿真，应和本节第 3 步中调用

的完全相同。用户可在 ZDibAnimator 的 View 菜单中选择 Time Interval 更改仿

真速度，ZDibAnimator 中没有其它可更改的参数。


第 9 步用户可在 MGRID 和 ZDibAnimator 中均显示仿真，这样可对比两者优缺点。

MGRID 中还有另外一个仿真选项：标量和矢量电流分布仿真 Scalar and Vector Current Distribution Animation。实际上如选择此项，不会看到任何与标量电流

分布仿真 Scalar Current Distribution Animation 的不同，原因是特定位置的颜色

和矢量颜色相同，二者都给出特定时间位置上的电流，所以不能从结构中区分矢

量。

图 5.11 文件被选择后 ZdibAnimator 中的“Please Specify Bitmap Options”对话框第 10 步关闭 ZdibAnimator。第 11 步在 MGRID 的 Process 菜单中选择 Display Structure，选择 OK 继续，MGRID 将

用不同颜色显示结构，显示不同层上的单元，下一步演示下一节的其它功能。

第七节保存电流分布数据到 ASCII 文件

一些用户可能对结构中的电流密度值感兴趣，IE3D9.0 允许获取这些数据。第 1 步在 Process 菜单中选择 Display Current Distribution，从组合框中选择 Average

Current Distribution 并选择 OK 继续。反应：

MGRID 再次显示平均电流分布。第 2 步在 MGRID 的 File 菜单中选择 Save Current Density Data，MGRID 将提示数据文

件名，默认为：c：\ie3d\practice\cspiral1a_5.cdd，选择 OK 继续。反应：

电流分布数据被保存到一个 ASCII 文件。说明：


这个 ASCII 文件很容易理解，它列出了单元数目，然后列出每个单元有多

少个顶点、单元是否被选取、单元顶点以及单元每个顶点的电流密度，有兴趣的

用户可尝试检查这些数据。

第八节辐射方向图和损耗计算

一个天线设计者可能不只对电流分布感兴趣，可能还要知道一个天线的辐射方向图。

一个电路设计者可能关心其电路引起多大的辐射或发射，可能还要知道损耗的去处。对一

个一般结构，涉及的损耗如表 5.4 所示。

表 5.4 开放环境中电结构的不同损耗类型说明

金属损耗结构的导体消耗造成的损耗介质损耗分层衬底引起的损耗表面波损耗沿衬底层表面的辐射场引起的损耗，场强与 1/ρ成正比，其中ρ是圆柱

坐标系的半径辐射损耗开放空间中的辐射场引起的损耗，场强与 1/r 成正比，其中 r 是球坐标

系的半径在一个典型系统，无论损耗多小每个衬底上总有一些介电损失，在这样的情况下，表

面波终被衬底吸收，表面波场强将以指数而不是 1/ρ规律衰变。金属损耗，介质损耗和表

面波损耗被看作材料损耗，因此可将损耗看作材料损耗和辐射损耗的和。 IE3D 可预计材料损耗和辐射损耗，但不能分离金属损耗，介质损耗和表面波损耗，

要预见损耗需进行方向图计算。第 1 步在 MGRID 打开 cspiral1a.cur 的同时，在 MGRID 的 Process 菜单中选择 Pattern

Calculation。反应：

跳出方向图计算信息 Pattern Calculation Information 对话框。


图 5.12 选择第 1 次时的方向图计算信息对话框说明：

IE3D 之前方向图计算用在 CURVIEW 中，从 IE3D9.0 起可在 IE3D 和

MGRID 中完成方向图计算，本例演示怎样在 MGRID 中由.CUR 文件计算方向

图。实际上为 IE3D 设置 MGRID 仿真时，可在设置对话框中选择 Radiation Pattern File 选项，选择了此项后 IE3D 将自动执行方向图计算。这一选项在 9.0以前的 MGRID 中可以找到，在早期的 MGRID 中选择该项相应的 IE3D 也将自动

执行方向图计算，但 IE3D 的早期版本不能自己进行方向图计算。在内部可看到

将调用 CURVIEW 完成计算，从 IE3D9.0 起用户可在 MGRID 或 IE3D 中利用相

同的内部程序执行相同的方向图计算。用户应理解，对某些结构由 IE3D 和

MGRID 计算的方向图可能和 CURVIEW 计算的结果有些不同，有两个原因：(1) IE3D 和 MGRID 中的方向图计算可能在计算中使用更高准确度的浮点数；(2) IE3D 和 MGRID 中的方向图计算有改善也有瑕眦。

在这个对话框中， Perform New Pattern Calculation 被选中，但它是灰色

不能激活的，源部分也是灰色的。这是第一次使用 Pattern Calculation 命令，总

会有这样一个设置，可在 Elevation Angle (Theta)和 Azimuth Angle (Phi)中添加

更多角度。方向图计算在所有频点完成，并对激励中不同的组合计算，此时不必

担心端口上的激励和终端。第 2 步选择 OK 继续。反应：

MGRID 将为频响开始方向图计算，结束后提示用户“General Pattern Calculation Finished”，用户可选择 Define 或 Continue 选项。

说明：


用户如选择 Continue 选项，MGRID 将回到选择 Pattern Calculation 命令

前的显示，但计算的方向图数据保存在内存中，只要用户还在显示这个结构，仍

可通过选择 MGRID 的 Process 菜单中的 Pattern Calculation 命令处理方向图数

据。如用户要直接处理方向图，应选择 Define 键。第 3 步选择 Define 键。反应：

再次跳出方向图计算信息对话框，但和第 1 次不同(见图 5.13)。说明：

方向图计算完成后的方向图计算信息 Pattern Calculation Information 对话

框如图 5.13，实际上如用户在第 3 步中选择 Continue，然后在 Process 菜单中选

择 Pattern Calculation，将得到相同窗口。这次方向图被计算了，执行新的方向图计算 Perform New Pattern

Calculation 未选中，但它是为选择激活的，角度是灰色的。此对话框的默认设置

为带有特定激励和终端的每个端口定义和保存方向图，用户可指定需要的激励和

终端，MGRID 将很容易的找出带有该特定激励和终端的方向图并保存到对话框

上方指定名称的文件中。 IE3D 的老用户会记得，CURVIEW 中的方向图计算基于激励和终端，用户

要计算方向图时 CURVIEW 将询问激励和终端。在这种方法中，方向图将对每个

激励和终端的不同组合一次一次的计算。MGRID9.0 的方向图计算分为 2 步：(1) 第 1 步找出带有一定数量激励和终端组合的一般方向图；(2)第 2 步指定激励和终

端找出特定条件下的方向图。第 1 步与 CURVIEW 中的方法需要的时间相同或更

长，但第 2 步不需要时间。当需要很多激励和终端的不同组合时可节省很多计

算，实际上 MGRID9.0 中的新方法基本上是调谐功能。方向图计算的第 1 步后，

可指定激励和终端的组合并找出其实时结果，此功能的进一步发展将对天线阵列

的激励和终端进行优化，将很快在 MGRID9.0 之后的版本中应用。通常用户不必选择执行新的方向图计算，除非需要计算更多φ和θ的方向

图，如选中执行新的方向图计算，将得到和图 5.12 相同的对话框。


图 5.13 计算方向图时的对话框第 4 步确定选中了调用功能，选择 OK 继续。反应：

带有默认指定激励和终端的方向图保存到：c：\ie3d\samples\cspiral1a.pat文件，PatternView 被调用且 cspiral1a.pat 文件被加入到列表显示方向图。

说明：

自动为方向图显示调用 PatternView 也是 IE3D9.0 的新功能，PatternView 的

主窗口是一个列表框，允许用户添加方向图列表到列表框中进行比较或后置处

理， IE3D9.0 允许 MGRID 调用 PatternView 并自动添加计算的方向图到

Patternview，PatternView 应准备好为用户显示计算的方向图。如果不选中调用选项，方向图被保存且不调用 PatternView，需运行

PatternView，在 Edit 菜单中选择 Add Pattern 添加 cspiral1a.pat 文件到列表。

第九节方向图特性

第 1 步确定方向图列表是激活的窗口，在 Edit 菜单选择 Pattern Properties。说明：

PatternView 可在多个窗口中显示 3D 方向图和 2D 方向图，不同类型窗口的

PatternView 菜单也不同，要查看方向图特征需确定方向图列表窗口是激活的。反应：一个新对话框被创建，在列表框中显示选取的方向图在不同频率点的特征

(见图 5.14)。说明：用户可卷动列表框获取不同数据，如用户要得到更多显示的信息，可选择 View

in Browser 键，Internet Explorer 或计算机默认的网络浏览器被调用显示方向图特


征，本例方向图在 0.5GHz 和 5GHz 的特征如表 5.5。从表 5.5 可见，辐射功率从 0.5 到 5GHz 充分增加，由于不同频率点输入阻

抗的不同，尽管入射功率相同输入功率也不同。用户应理解这个 2 端口例子中的

输入阻抗是从这两个端口得到的网络输入功率，本例在端口 1 处激励，端口 2 为

50-ohm终端。端口 2 的负载消耗大量功率，在网络输入功率中作为负值。可从表

5.5 得到不同功率和损耗，并在表 5.6 说明。显然辐射损耗很小，主要损耗是材料

损耗(金属损耗，介质损耗和表面波损耗)，实际上材料损耗主要来自于有限导体

层或 0 到 20mil 间的功率损耗，实际衬底从 20 到 21mil，只有 1mil 厚不能激励很

多辐射。

第 2 步选择 OK 继续，方向图特征对话框被关闭，用户可选择 PatternView 的 Display 菜

单中的菜单项显示 2D 或 3D 方向图和方向图的频率曲线，本例中不演示这一

步。有兴趣的用户可探究 PatternView 在显示和处理中的丰富功能，将在下一个

天线建模的例子中讨论方向图显示。

第十节一个典型天线建模实例

天线用户对辐射方向图感兴趣，这里演示一个天线建模的简单例子。要演示的天线

是一个边缘馈电，具有插入的矩形贴片天线，顶视图如图 5.14 所示，天线参数如表 5.7。问题是怎样创建这个天线，下面说明在 IE3D 中是用有限的几步利用高效的命令创建这个

结构。

第 1 步运行 MGRID 并打开：c：\ie3d\samples\rpatch1.geo，这正是要仿真的结构，不演

示怎样在 Param 菜单中输入基本参数，下面重新创建这个多边形演示这个方

法。

表 5.5 0.5GHz 和 5GHz 时的方向图特性文件名 C：\ie3d\practice\cspiral1a.pat

端口特征端口号 2 频率 0.5 (GHz) 5 (GHz)

入射功率 0.01 (W) 0.01 (W) 输入功率 0.000817417 (W) 0.00764728 (W) 辐射功率 8.35253e-011 (W) 1.48793e-007 (W)

平均辐射功率 6.64673e-012 (W/s) 1.18406e-008 (W/s) 辐射效率 1.02E-05% 0.00195% 天线效率 8.35E-07% 0.00149% 线性特性线性增益 -75.808 dBi -42.9998 dBi

线性方向系数 4.97382 dBi 5.27442 dBi 线性大值 (5，200) 度 at (10，240) 度.

3dB 波束宽度 (84.9398，174.71) 度 (82.6039，170.665)度左旋圆极化特征圆极化增益 -78.4739 dBi -43.8052 dBi

圆极化方向性系数 2.30793 dBi 4.46902 dBi 圆极化大值 at (10，20) 度 at (10，250) 度 3dB 波束宽度 (84.7121，174.312) 度 (73.124， 156.574) 度

端口 1 Vs=2/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) Ohm

Vs=2/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) Ohm

V=1.38/14.3 (V)， I=0.0150/-27.0 (A)

V=1.29/-6.81 (V)， I=0.0147/12.0 (A)


Inc=1/-1.59e-015 (V)，

Ref=0.476/45.5 (V) Inc=1/3.90e-014 (V)， Ref=0.320/-28.5 (V)

端口 2 Vs=0/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) Ohm

Vs=0/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) Ohm

V=0.832/-43.6 (V)， I=0.0166/136.4 (A)

V=0.364327/139.315 (V)， I=0.00728654/-40.6849 (A)

Inc=3.13e-015/64.8 (V)，

Ref=0.832/-43.6 (V) Inc=1.32e-015/49.3 (V)，

Ref=0.364/139.3 (V)

表 5.6 0.5GHz 和 5GHz 处的功率功率和损耗 *表示计算量基于表 5.5 的参数

频率 0.5 (GHz) 5 (GHz) 入射功率 0.01 (W) 0.01 (W) 输入功率 0.000817 (W) 0.00765 (W) 辐射功率 8.35253e-011 (W) 1.48793e-007 (W)

端口 1*的入射功率 0.01 (W) 0.01 (W) 端口 1*的反射功率 0.00227 (W) 0.00102 (W) 端口 2*的功率消耗 0.00692 (W) 0.00132 (W)

介质损耗* =0.000817-8.3525e-11

= 0.000817 (W) =0.00765-1.48793e-7

=0.00765 (W) 第 2 步按下“Shift”并圈中窗口中的多边形，在 Edit 菜单中选择 Delete 删除所有多边

形，下面重新创建这些多边形。第 3 步在 Entity 菜单中选择 Rectangle，MGRID 将提示输入矩形参数，输入如图 5.15

所示的参数。基本上，要建立的矩形中心在 (x，y，z)=(0，0，31)，长度

length=1512 mil，宽度 width=1500mil，选择 OK。

图 5.14 一个简单边馈天线的示意图

表 5.7 贴片天线参数

衬底厚度 31 mils 介电常数 4.4 贴片长度 L 1512 mils 贴片宽度 W 1500 mils 插入宽度 S 115 mils 插入深度 D 452 mils 微带宽度 T 60 mils 馈线长度 F 750 mils

反应：

与图 5.14 中顶点 1，2，3 和 4 对应的矩形被创建。


第 4 步下一步要创建插入，有很多创建方法，这里只演示简单的方法。按下“Shift”键，圈中矩形的右边两个顶点(或图 5.14 中的顶点 1 和 2) 。

反应：

两个顶点被选取。

图 5.15 贴片参数说明：

选取顶点的一般方法是在 Edit 菜单中选择 Select Vertices，然后圈取希望

的顶点，按下“Shift”键是进入选择模式的快捷方法。如圈中一些多边形，

MGRID 自动进入选择多边形组模式，如圈中多边形的一部分顶点，MGRID 自动

进入 Edit 菜单中的 Select Vertices 模式。第 5 步下面在选取的边创建插入，在 Adv Edit 菜单中选择 Cut into Polygon。反应：

MGRID 将提示定义剪切的尺寸。第 6 步更改 Cut Width 到 115mil，Cut Depth 为 452mil，更改参数时一些相关参数自动更

新。基本上用户可用其它方法输入这些参数，用户也可将插入更改到偏离中心，

本例希望在中心，请选择 OK 继续。反应：

插入被创建，图形和图 5.14 所示相似，除了没有馈线，矩形成为一个 8 顶

点多边形。第 7 步下面要创建馈线，按下“Shift”键，圈取 8 顶点多边形(见图 5.14)的顶点 5 和 6，

在 Adv Edit 菜单中选择 Continue Straight Path，将在顶点 5 和 6 组成的边上创

建馈线。反应：

跳出 Continue Straight Path 对话框(见图 5.16)。第 8 步更改 Path Length 到 1202mil(表 5.7 中的 D+F)，更改 Path Start Width 为 60mil，

Path End Width 自动更新到 60mil，选择 OK 继续。反应：

带插入的边馈矩形贴片天线被创建。


第 9 步在 Ports 菜单中选择 Port for Edge Group，选择 Extension for MMIC Circui 方案，选择 OK 接受其它默认值，跳出 Edge Group Focused Layers 对话框，不需更

改焦点。圈中馈线末端的边(或这两个顶点)，端口 1 被定义在该边，选择 Exit Port 退出 Port for Edge Group 模式，得到的结构已可用作仿真(见图 5.17)，保存

结构为：c：\ie3d\samples\rpatch2.geo。第 10 步在 Process 菜单中选择 Simulate，输入 Start Freq=1.8GHz，End Freq=2.0GHz，

Number of Freq=101，选择 Enter 将频点输入列表，请激活自适应智能拟和

Adaptive Intelli-Fit(AIF)，不选中 Current Distribution File 和 Radiation Pattern File，选中 Automatic Edge Cells(AEC)，且 Edge Width=10mil，选择 OK 仿真结

构。仿真在现代 PC 中在 10s 内完成，仿真后 MUDUA 被调用显示结果，如显示

的结果不是在笛卡儿坐标系，请在 MODUA 的 Process 菜单中选择 Define Display Graph，选择 dB and Phase of S-parameters 并选择 OK，选择 dB[S(1，1)]并选择 OK 得到笛卡儿坐标系下的 S 参数图形(见图 5.18)。

图 5.16 路径的 Continue Straight Path 对话框

图 5.17 可用于仿真的完整贴片天线

第十一节为调谐和最优化定义最优化变量

上节演示了怎样建模一个典型天线，这个简单天线在 1.86GHz 谐振，dB[S(1，1)]稍高于–10dB。在某种意义上这并不是一个设计很好的天线，一个设计的很好的天线的

dB[S(1，1)]应在某个频带内低于–10dB。可能会有的一个问题是，是否可调谐天线的一些

尺寸查看尺寸对天线性能的影响，进一步的问题是 IE3D 是否能为特定性能对尺寸优

化。调谐和全波电磁优化都用在了 IE3D 中，下节将讨论怎样调谐一个天线的尺寸，以

及怎样为特定性能优化天线尺寸，调谐或优化的第一步是定义优化(或调谐)变量。假设要将这个天线优化到在 139GHz 完美匹配，目标是在 1.9GHz 得到 dB[S(1，1)= -∞(或|S(1，1)|=0)，实际上这个目标应更好的解释为 Re[S(1，1)]=0 且 Im[S(1，1)]=0，或频


响的轨迹在史密斯圆图中从 1.9GHz 出发。从数学上说，Re[S(1，1)]=0 和 Im[S(1，1)]=0 的

解是一个根，但|S(1，1)|=0 的解是两个根。有经验的天线设计者知道，改变贴片长度将改变天线谐振频率，更改插入深度将显著

改变匹配且对谐振频率影响很小，本例演示怎样调谐贴片长度。

图 5.18 贴片天线的 S 参数第 1 步 rpatch2.geo 被打开时，按下“Shift”并圈中图 5.19 中的顶点 1，2，3 和 4，可一

次选中全部 4 个顶点或逐点选取，下面将其定义为第一个优化变量，基本上要

调谐这些顶点的 x 坐标。

图 5.19 定义优化变量中的顶点示意图

第 2 步在 Optim 菜单中选择 Variable for Selected Objects，跳出优化变量定义对话

框。IE3D 利用顶点位置更改电路形状，优化变量对话框给出顶点位置，共选

中了 4 个顶点，且全部是可区分顶点。一个位置存在多边形连接时，可能会有多

个顶点，可看到选取的顶点数和可区分的顶点数不同。这是第一次定义一个变

量，将顶点映射到一个新变量。选中的顶点要更改其 x 坐标，因此其调谐角

Tuning Angle 应为 0(或 180)度，调谐角是指向和 x 轴的夹角，要将此变量注释

为：Patch Length。因此请输入如图 5.20 所示的调谐角和变量注释，选择 OK 继

续。这 4 个顶点的 x 坐标被定义为优化变量，状态窗显示为低边界定义 Low Bound。

第 3 步移动鼠标到左边，可看到一些线随鼠标移动，点击左键 MGRID 给出设置低边界

Set Low Bound 对话框，更改 Low Bound 值到–150mil，选择 OK 继续，状态窗

将显示为高边界 High Bound 定义。


第 4 步移动鼠标到右边，可看到一些线随鼠标移动，点击鼠标左键，MGRID 给出设置

高边界 Set High Bound 对话框，请更改 High Bound 值到，选择 OK 继续。反应： 4 个顶点的 x 坐标被定义为第一个优化变量。

图 5.20 优化变量定义对话框说明：定义低高边界时需对以下事实特别小心：(1) 宽边界 Wide bounds(和低边界

和高边界很不同)为优化提供更大搜索空间，但使优化更难集中，如可能，

建议用户在开始优化前将电流调谐的足够精细；(2) 在 IE3D 中定义边界时需确

定结构仍在有效范围内，本例初始贴片长度为 1512mil，不能将第一个变量的低

边界定义到小于或等于–1512mil，否则尽管仍可定义但结构是无效的。IE3D 探测

到结构无效时将结束仿真或优化，为多优化定义避免无效结构很有技巧性，

后面将讨论一个这样的例子。第 5 步保存结构为 c：\ie3d\samples\rpatch3.geo。

第十二节电磁调谐仿真

已定义了一个优化变量控制贴片长度，可能要在贴片长度上进行一些调谐，在一步

内设置调谐仿真。第 1 步在 MGRID 的 Process 菜单中选择 Simulate，这 101 个频点应仍在列表中，所有

已设置的数据没有变：AEC 被激活，edge width=10mil，AIF 被激活，Current Distribution File 和 Radiation Pattern File 选中。

第 2 步如在第 12 节前终止了 MGRID，上次的设置信息将丢失。怎样才能保证设置信息

和上次仿真相同呢？可选择 Retrieve 键，然后选择 rpatch2.sim 文件，

rpatch2.sim 文件中的设置将恢复到对话框中。


第 3 步在仿真设置对话框(在右下角)的调谐设置部分选择 Define 键，MGRID 将提示第

一个变量的调谐范围(图 5.21)，输入 Number= ，Start= -150 和 End=150，选择

OK。基本上要对此结构仿真，且 No.1 variable= -150，-100，-50，0，50，100和 150。MGRID 继续仿真设置对话框，请在右下角的对话框中选择 File Name Style，应为包含调谐标志 Including Tuning Indices，选择 OK。

图 5.21 No.1 变量的 Tuning Range 对话框反应：

一个批处理文件被创建，批处理文件的每一行是一个调用 IE3D 仿真器的命

令，且包含一个第一个优化变量的偏移量，共有 7 个命令调用 IE3D。批处理

文件自动运行，每个 IE3D 被调用完成仿真，仿真后 MODUA 被调用显示结果，

然后 IE3D 被调用，大约需要 1-2s 完成所有的 7 个仿真。

表 5.8 文件、变量大小和贴片长度的关系变量大小文件贴片长度 L -150 mils Rpatch3_0.sp 1362 mils -100 mils Rpatch3_1.sp 1412 mils -50 mils Rpatch3_2.sp 1462 mils

0 mil Rpatch3_3.sp 1512 mils 50 mils Rpatch3_4.sp 1562 mils

100 mils Rpatch3_5.sp 1612 mils 150 mils Rpatch3_6.sp 1662 mils

说明： 7 个仿真完成后，用 7 个 MODUA 显示 7 个数据文件：rpatch3_0.sp，

rpatch3_1.sp， rpatch3_2.sp， rpatch3_3.sp， rpatch3_4.sp， rpatch3_5.sp，和 rpatch3_6.sp，rpatch3_?.sp 包含第一个变量在(-150+?*50)mil 时的 S 参数，其中

“?”的值从 0 到 6，这些文件和贴片长度的关系在表 5.8 中说明。


图 5.22. 不同贴片长结果的对比

如有多个优化变量，文件名的形式应为：rpatch3_2_1.sp。如果用户选择 File Name Style 为：Including Tune Quantities 而不是

Including Tune Indices，变量的偏移量将包含在文件名中，但文件名可能很长。第 4 步利用 MODUA 的 File 菜单中的 Parameter File Queue 和 View 菜单中的 Display

Queue Items，在 MODUA 中显示 7 个仿真的结果，不再重复将多个数据加入图

形的步骤，有兴趣的用户应阅读第三章的第 7 节和第 8 节。说明：

可见，L=1562mil 时谐振频率约为 1.82GHz，L=1612mil 时谐振频率约为

1.99GHz。通过调整变量可找到恰好在 1.9GHz 处的 L 值，调整 L 时不能从趋势

上预期这个天线会很好的匹配到 1.9GHz。有经验的天线设计者知道，还要为匹

配调节插入深度 D，用调谐的方法找到贴片的位置需要很多时间和努力，可用内

置的优化器完成。

第十三节多重最优化变量和避免无效结构的方案

第 1 步保存文件为 c： \ie3d\samples\rpatch4.geo，在 MGRID 的 Optim 菜单中选择

Change Variables and Calls，下面要降低边界因为实际上不需为优化定义这么

大边界。反应：

跳出更改变量和调用对话框，唯一的变量在列表中。第 2 步在列表框中双击第一个变量，跳出 Change Variable Properties 对话框，更改

Low Bound= -70，High Bound=20(见图 5.23)，选择 OK 返回到更改变量和调用对

话框，选择 OK 结束更改边界。


图 5.23 更改变量特征对话框第 3 步下面定义插入深度 D 为第二个优化变量，按下“Shift”键并圈中图 5.19 中的

顶点 5，6，7 和 8，在 Optim 菜单中选择 Variable for Selected Objects。跳出

优化变量定义对话框，显示共 6 个顶点被选中，用户可能以为只有 4 个顶点被选

中，为什么 IE3D 显示 6 个顶点？实际上图 5.20 中的顶点 6 和 7 是两个多边形的

共用顶点。下面将插入深度 D 定义为一个新变量，选择 New Variable for the Vertices Mapped To combo。下面更改顶点 x 坐标，因此输入 Tuning Angle=0，输入变量注释为：Insert Depth，选择 OK 继续。

反应：

状态窗显示处于定义低边界模式。第 4 步移动鼠标到左边并点击，输入 LowBound 为–120mil，选择 OK。反应：

状态窗显示处于定义高边界模式。第 5 步移动鼠标到右边并点击，输入 High Bound 为 30mil，选择 OK 结束定义第二个变

量，再次保存更改到 c：\ie3d\practice\rpatch4.geo。说明：用户可能怀疑为什么定义 Low Bound= -120 和 High Bound=30，它们不对

称。实际上当准备这个手册时确实曾试图定义 Low Bound= -100 和 High Bound=100 并运行优化，但发现结果实际上低于低边界。简化起见，不说明完

整过程，只为低边界定义一个更广范围，实际上可能需要不断改善边界对结果进

行多次优化。保存在 c：\ie3d\practice\rpatch4.geo 中的是一个可用来仿真的正确结构，

但变量的含义可能和期望的不同，将第一个变量定义为贴片长度，第二个变量为

插入深度，它们不准确。变量 1 的值增大时贴片长度增大，但插入深度也增大，

可写出贴片长度，插入深度及变量 1(或 v1)和变量 2(或 v2)之间的关系： Patch Length = 1512 + v1 贴

片长度 Inset Depth = 452 + v1 - v2

插入深度显然插入深度不仅受 v2 控制，还受 v1 控制。当长度由一个变量决定，只需保证低边界和高边界不超过限制。当长度由

多个变量决定，需对所有变量的低边界和高边界很仔细，这样它们的组合才不会

超过限制。对这里两个变量的例子，为确定插入深度大于 0，需保证 v1 低边界和


v2 高边界的和不低于–452，本例中已经保证了。但实际仿真可能更复杂，如用一

个变量控制一个尺寸会更好，然后边界就更容易定义。本例中定义变量 1 时如选中顶点 5，6，7 和 8，以及顶点 1，2，3 和 4，v1

将只更改贴片长度，不会更改插入深度。可重新定义变量 1，但还有其它方法。

第十四节添加最优化调用最优化变量

如果再次选择顶点 5，6，7 和 8，并将其与变量 1 相关联以确定顶点 5，6，7 和 8 与

顶点 1，2，3，和 4 同时移动，变量 1 变化时插入深度将保持不变。第 1 步按下“Shift”键并圈中图 5.19 中的顶点 5，6，7 和 8，在 Optim 菜单中选择添加

选取目标的变量 Add Selected Objects to Variable，跳出优化变量定义对话

框。说明：

默认设置为：(1)顶点映射到变量 1 Vertices Mapped to No.1 Variable；(2)调谐角度 Tuning Angle=0；(3)调谐率 Tuning Rate=1，偶尔默认值和需要的相同。

如接受这里的默认设置，意味着顶点 5，6，7 和 8 将以 0 度(0 轴) 移动，其改变

率为 1 所以和变量 1(或顶点 1，2，3 和 4)变化的速度相同。第 2 步输入调用注释：“unrelated inset depth with v1”，选择 OK 继续，保存文件为：

c：\ie3d\practice\rpatch5.geo。说明：对 rpatch5.geo，v1 变化时顶点 1，2，3，4，5，6，7 和 8 相应改变，贴片

长度变了，但插入深度不变，因为已将顶点 5，6，7 和 8 的变化与顶点 1，2，3和 4 的变化相关联，对 No.2 变量只有顶点 5，6，7 和 8 随 v2 变化，因此可写为

如下： Patch Length = 1512 + v1 贴

片长度 Inset Depth = 452 – v2

插入深度 rpatch4.geo 和 rpatch5.geo 上的优化变量是有效的，但 rpatch5.geo 中变

量的物理意义要比 rpatch4.geo 更清晰。

第十五节电磁最优化

rpatch4.geo 和 rpatch5.geo 都可用来优化了，并应产生相同结果，下面以

rpatch5.geo 为例。第 1 步打开 rpatch5.geo 时在 Process 菜单中选择 Optimize，跳出优化设置对话框，

它和仿真设置对话框很相似，实际上它们的对话框源相同。如果 101 个频点仍

在，请选择 Delete All 键删除列表中所有频点，然后为 Start Freq 输入 1.9 并点击

Enter，频率 1.9GHz 被加入到列表，请不要选中 AIF 因为不能用于单个频点，

下一步是定义优化目标。


图 5.24 第一个目标的优化目标 Optimization Goal 对话框

第 2 步在优化定义组选择 Add 键，跳出优化目标 Optimization Goal 对话框(如图

5.24)，输入 Start Freq=1.9GHz，End Freq=1.9GHz，选择 Quantity 为 Re(S)，选择

第一个变量为：(1，1)，选择 Operator 为 By Itself，第二个变量被灰化。选择

Objective Type 为： Optimization Quantity=Objective1 ，输入 Objective1=0 ，

Objective2 将被灰化。输入 Weight=1 即默认值(见图 5.24)，选择 OK 添加目标到

优化定义列表。第 3 步再在优化定义组选择 Add 键，再次跳出优化目标对话框，第 2 步定义的目标

作为默认值，当然不想再定义相同的目标，更改 Quantity 为 Im(S)，确定其它参

数没有变，选择 OK 继续，第二个目标被添加到列表。第 4 步将 Optimization Scheme 由默认的 Genetic Optimizer 改为 Powell Optimizer，得

到图 5.25 所示 Optimization Setup 对话框，这个误差函数由 IE3D 自动产生。对

这个优化，这个误差函数很单调，不需使用 Genetic 优化程序，该程序适用

于多目标小量，Powell 优化程序要更快。说明：在 IE3D9.0 中，提供 3 个强大的优化方案：(1)随机 Random；(2)鲍威尔

Powell；(3)遗传 Genetic。 Powel 优化程序是好的局部优化器之一，当起始点靠近目标时 Powel

优化程序可很快达到目标，但是本地优化器对误差函数效果不好，该功能决

定当前状态距离目标的程度，有多个局部小量。 Random 和 Genetic 优化器也称为全局优化方案，它们功能强大，适合

对多个变量优化，但当前状态靠近目标时它们的收敛一般要比局部优化器

慢。通常建议用局部优化器和全局优化器的组合实现高效而强大的电磁优

化，与 Random 优化器相比，Genetic 优化器应更智能，对一般目的的电磁

优化来说是一个较好的选择。


图 5.25 定义目标后的优化定义 Optimization Definition 对话框

第 3 和第 4 步已将优化目标定义为：在 f=1.9GHz 处 Re[S(1，1)]=0 和 Im[S(1，1)]=0，这两个目标的权重是 1，权重用来衡量多个目标中哪个目标更重要。正如

所见，优化目标对话框中有几个参数，利用这些参数可用一些简单公式象征性

的定义一些目标，表 5.9 和 5.10 显示了可在 IE3D 仿真中定义参数和目标的不同

类型。表 5.9 用户可定义参数的不同类型

参数说明 S 参数：S(i，j)的

dB，Re，Im，Mag 和 Ang 电路中有端口时用户可优化 S 参数

Y 和 Z 参数：Y(i，j) 和 Z(i，j)的

Re， Im， Mag 和 Ang

存在端口且提取的 S 参数未归一化(归一化到端口)时用户

可优化 y 和 z 参数，每个端口的 Zc 可重定义且不必是

50-ohm ，如用户要将 Zc 改为未非 50ohm ，可在

Excitation and Termination 组合列表选择端口或激励并选

择 Modify 辐射方向图参数

增益，方向系数，线极化或圆极

化的效率，轴比，方向图形状

为了让 MGRID 在参数类型中显示参数，用户需在添加

优化目标前选中 Radiation Pattern File，激活 Radiation Pattern File 后 MGRID 首先提示用户定义方向图计算的角

度，激励和终端上述参数的组合可将目标定义为不同权重的不同参数

用户可在图 5.25 中添加键的左边看到一些优化控制参数：反复 Iteration

=20，外边界 OutBound=5，FunctionError=0.01，LocationError=0。其意思是将在

功率优化程序中多重复 20 次，外边界是大外边界时间，实际上已不使用

这个参数了。误差函数低于 0.01 时认为优化收敛，用户无权使用误差函数，

error function=0.01 可能不会为用户给出定量的概念，可能用户为目标定义了一些


很严重的要求以致误差函数永远不会低于 0.01，对这样的情况，用 LocationError作为收敛的标准。

表 5.10 用户可定义目标的不同类型参数说明

简单目标： PAR =目标 1 PAR <目标 1 PAR >目标 1

目标 1 < PAR <目标 2

用户可为参数定义简单目标，PAR 可为表 5.9 中

任何参数，典型例子是： dB[S(i1 ， j1)] ，Re[Z(i1，j1)]，Gain LP (线极化)等

比例目标： PAR = 目标 1 PAR < 目标 1 PAR > 目标 1

目标 1 < PAR < 目标 2

用户可将两个参数的比例作为目标，或 PAR 可是

不同参数的比例： |S(i1 ， j1)|/|S(i2 ， j2)| ， Re[Z(i1，j1)|]/Im[Z(i2，j2)]等

符号目标： PAR =符号+常数 PAR <符号+常数 PAR >符号+常数

用户可定义一个参数或两个参数的比例作为符

号，然后可用左边列表中的比较公式定义一个参

数，两个参数(PAR)的比

Genetic 优化器甚至比 Powell 优化器更实用，尤其在宽带优化中。如

果对天线或滤波器带宽进行优化，误差函数通常有很多局部小量，建议用户

在这种情况中使用 Genetic 优化器。Genetic 优化器的控制参数为：误差函数

FunctionError ， 0 偏移 ZeroOffset=1 ， StdDev ，代 Generation ，群体大小

PopulationSize，变化率 MutationRate，和 CrossOverRate，MGRID 自动设置这些

参数，用户可再次在组合框中选择 Optimization Scheme 更改参数，MGRID 将提

示更改。可为更多仿真增加 Generation，运行的仿真越多优化性能距离指定的

目标越近，Population Size、MutationRate、CrossOverRate 可能影响收敛速度。第 5 步在优化设置对话框中选择 OK，MGRID 将调用 IE3D 开始优化，将自动执行

重复并在 1 到 3 秒内完成优化，MGRID 后的窗口如图 3.26。

图 5.26 完成后化后的 IE3D 窗口说明： IE3D 窗口显示优化方案为 PowellOptim，共有两个变量，一共做了 92 个仿

真，但其中只有 76 个具有可区分的优化变量，IE3D 只进行了 76 个仿真。

“565”只对 Genetic 优化器说明 IE3D 多进行 565 个仿真，对 Powell 优化


器没有任何意义。还有一部分称为余项 Residual：第一个值是上一仿真的余项，

第二个值是所有过去仿真的余项，后一个值是收敛标准。图 5.26 中窗口是仿真完成时的状态，余项 0.007554 低于标准，说明收敛

了。用户应知道，在优化中的任何时间都可终止优化，只要优化器在至

少一个仿真中结束，当前好结果将保存在文件 rpatch5m.geo(在文件的末尾添

加一个“m”)中，用户可打开 rpatch5m.geo 作进一步的优化或分析。第 6 步打开 c：\ie3d\practice\rpatch5m.geo，MGRID 将提示结构中已有定义的变量，是

否要移除这些变量进行进一步编辑，任何进一步的编辑将移除定义的优化变

量，选择 NO 继续。第 7 步在 Process 菜单中选择 Simulate，从 1.8GHz 到 2.0GHz 共输入 101 个频率点，记

得选中 AIF，AIF 在优化设置中是没有选中的，所以这里自动不被选中，选择

OK 继续。

图 5.27 优化天线(rpatch5m.geo)的频响

说明： MGRID 将调用 IE3D 仿真结构并在几秒内完成，然后调用 MODUA 显示 S

参数，可定义 Display Graph 或 Display Smith Chart，显示如图 5.27 所示，正如

所见，轨迹经过史密斯圆图的原点，dB[S(1，1)]在 1.9GHz 处低于–40dB，可将

其看作 1.9GHz 时的完美匹配。

第十六节辐射方向图显示

下面再次仿真结构并找出其选定频率点的辐射方向图，在 rpatch5m.geo 完成的仿真

只创建了 S 参数，不包括电流和方向图数据，电流和方向图数据文件通常要大的多，建议

用户只在选定的频点选择保存电流和方向图数据。第 1 步保存 rpatch5m.geo 为 rpatch5m1.geo，再次选择仿真，跳出仿真设置对话框，在

频率部分选择 Delete All 删除列表框中所有频点，输入 Start Freq=1.88，End Freq=1.92，Number of Freq=9，按回车将定义输入到列表框。不选中 AIF，激活 Radiation Pattern File，Current Distribution File 自动被选中，MGRID 也将提示更

改角度、激励和角度的终点，对一个端口的单个贴片天线，不需更改太多，选择

OK 继续，选择 OK 为仿真调用 IE3D。说明：可在不选中 Radiation Pattern File 的情况下选中 Current Distribution File，这种


情况下 IE3D 将保存电流分布，但是不会自动进行方向图计算，可在 MGRID 的

后置处理中打开.CUR 文件执行方向图计算，现在的例子可让 IE3D 自动进行方向

图计算。反应：

在内部，IE3D 将首先仿真结构，仿真后在每个频点上进行方向图计算，计

算完成后 IE3D 调用 MODUA 显示 S 参数。MGRID 显示仿真结构和电流分布，

PATTERNVIEW 显示方向图结果。第 2 步在 PATTERNVIEW 的列表中选择 rpatch5m1.pat 文件，在 Edit 菜单中选择

Pattern Properties，得到一列方向图特征(在表 5.11 说明)。

表 5.11 选定频率点上优化天线(rpatch5m1.geo)的方向图参数频率(GHz) 1.88 1.89 1.90 1.91 1.92

入射功率(mW) 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 输入功率(mW) 4.72 7.78 10.0 7.71 4.72

Radiated Power (mW) 2.10 3.55 4.56 3.42 1.98 辐射效率 44.4% 45.7% 45.7% 44.3% 41.9% 天线效率 21.0% 35.5% 45.6% 34.2% 19.8%

线性增益(dB) -0.611 1.70 2.81 1.58 -0.77 线性方向系数 (dB) 6.17 6.19 6.21 6.24 6.26 3dB 波束带宽(deg) (84.3，

170.5) (84.2， 170.4)

(84.1， 179.3)

(84.0， 170.1)

(83.9， 169.4)

说明：

对每个频点，从 50-ohm归一化入射波源定义 10mW 入射波，但输入功率要

小于 10mW，差值是天线的反射波被源吸收。输入功率中只有一部分被辐射，差

值是表面波损耗、金属损耗和介质损耗。辐射效率是辐射功率与输入功率的比，

天线效率是辐射效率减去 50-ohm 端口的回波损耗，线性方向系数由方向图形状

决定，几乎与频率无关，线性增益是扣除回波损耗后的线性方向系数，回波损耗

是入射功率减去输入功率。

图 5.28 3D 方向图选择对话框第 3 步选择 OK 关闭方向图特征窗口，方向图列表窗口激活时在 Display 菜单中选择 3D

Pattern，跳出 3D 方向图选择对话框，选择 1.9 GHz，选择 Pattern Style 为： Mapped 3D，选择 Scale Style 为 dBi(方向性系数)。将得如图 5.28 所示对话框，

选择 OK 继续，得到 3D 映射方向图的显示(如图 5.30)。一些用户可能不理解 3D映射方向图的意义，因为在多数天线图书中没有涉及类似的显示，将在后面讨论


3D 映射方向图的概念，可在 MGRID 中和 3D 视图一样的旋转，缩放和截取视

图。第 4 步当 3D 映射方向图是激活窗口时，可看到 PATTERNVIEW 的菜单变化了，在

View 菜单中选择 View Parameters，跳出 3D 方向图视图参数对话框，将

Max(dB)由 6.21458 改为 6，颜色刻度将变化。第 5 步选择方向图列表窗口(列有 rpatch5m1.pat 的窗口)将其激活，菜单系统将恢复到

初始值。再次选择 3D Pattern，确定 freq=1.9GHz 被选中，改变 Pattern Style 到True 3D，更改 Maximum dB 为 6，选择 OK 继续，实际 3D 视图将以和映射 3D视图相同的刻度显示。

图 5.29 第 6 步输入参数后的 2D 方向图显示对话框

第 6 步选择方向图列表窗将其激活，在 Display 菜单中选择 2D Pattern，跳出 2D 方向图

显示对话框，拖动到 rpatch5m1.pat：1.9GHz 部分，选择 E-total at Phi=0 和 E-total at Phi=90，为 Direction 选择 Elevation，为 Option 选择 2D Pattern，为 Plot Style 选择 Cartesian Plot，为 Scale Style 选择 dBi (方向性系数)，输入 Start=-18和 End=8，Step=3dB，选择 OK 继续，得到图 5.30 所示 2D 笛卡儿图。

第 7 步选择方向图列表窗将其激活，在 Display 菜单中选择 2D Pattern，跳出 2D 方向图

显示对话框，拖动到 rpatch5m1.pat：1.9GHz 部分，可看到 E-total at Phi=0 和 E-total at Phi=90 仍被选中，为 Direction 选择 Elevation，为 Option 选择 2D Pattern，为 Plot Style 选择 Polar Plot，为 Scale Style 选择 dBi(方向系数)，输入

Start=-18 和 End=8，Step=3dB，选择 OK 继续，得到如图 5.30 所示 2D 极坐标

图。


说明：

通过对比 2D 和 3D 方向图，可理解映射 3D 和实际 3D 方向图的不同，基本上 2D笛卡儿图形是对映射 3D 方向图以ϕ=常数的截面，2D 极坐标图是对实际 3D 方向

图以ϕ=常数的截面。

图 5.30 四种不同类型的 2D 和 3D 方向图及坐标系

2D 笛卡儿图形的水平轴和映射 3D 方向图的圆柱坐标轴用作仰角θ，2D 笛

卡儿图形的垂直轴和映射 3D 方向图的 z 坐标用作方向图幅度。 2D 极坐标图中到 y 轴的角和实际 3D 方向图中的θ角用作仰角θ，2D 极坐标

图的半径和实际 3D 方向图中的球半径用作方向图幅度。用户应知道，IE3D 中映射方向图和实际方向图的刻度改变了， PatternView

9.0 之前刻度基于|E|2，PatternView9.0 的刻度基于|E|。这个特例有一个无限大接地板，因此方向图在θ>90 度时总是-∞，2D 极坐

标图允许θ<0，对应于θ>0 时ϕ’=(180o–ϕ)的情况。对一或多衬底的多层结构，IE3D 总将θ=90 的方向图预测为 0，这是由无穷

大扩展衬底的假设得到的。实际上存在以 1/√ρ衰退的表面波，其中ρ是没有介质

损耗时的主坐标半径，对应于辐射场中的 1/r 衰退，其中 r 是球半径。事实上介

质损耗总是存在的，表面波以指数衰退，表面波功率将被介质吸收。对很多对称自由空间结构，可利用无穷大接地板将问题的尺寸减小为初始

值的一半，如用无穷大接地板上方的单极天线可与偶极天线得到相同结果，这种

情况下记得将无穷大接地板的电导率定义为一个很高的值(>1.0e+15)，否则将在

θ = 90 度得到 0。第 8 步选择方向图列表窗口将其激活，在 Display 菜单中选择 Gain vs. Frequency

Display，跳出频响显示对话框。可选择任何(θ，ϕ)角度处的增益与全向情况比

较，选中“Max”项，只显示增益－频率曲线的大值，确定 Start Freq=1.88 以及 End Freq=1.92，然后选择 OK 继续，大增益显示在图 5.31。


图 5.31 增益的频点曲线

说明：

可显示很多不同参数的频率曲线，也可显示方位角方向图，轴比方向图

等。不仅如此，可利用 Edit 菜单中的 Add Pattern 添加更多计算的方向图文件

(*.pat)到列表。可在一个或多个图形中比较不同方向图的参数，PatternView 中有

很多可用的不同图线，这里不逐个讨论。

第十七节在方向图中加入阵因子

要改善天线方向系数和增益或改变方向图形状，天线设计者以适当间距和激励放置多

个天线单元。通常临近的单元间存在互耦，应同时仿真这些单元才能得到准确的阵列仿

真，但仿真时间会显著增加。带有互耦的天线阵列建模将在后面章节讨论，这里介绍一个

预测天线方向图的简单方法：阵因子法。当单元间距足够大，单元之间的互耦可忽略，可

能仍想用一个快速方法预测方向图，这种情况下可使用阵因子法。第 1 步选择方向图列表将其激活，在 Edit 菜单中选择 Array Pattern Calculation，跳出

天线阵列参数 Antenna Array Parameters 对话框，选择 Add 键跳出添加单元

Add Elements 对话框。对 x 位置输入 From=0，To= 2400mil，对 y 位置输入 From = 0，To=12400mil。请注意 3100 是空气中 1.9GHz 处波长的一半，正在添加的是

一个距离为半个波长的 5×5 天线阵列。得到图 5.32 所示对话框，选择 OK 继续

天线阵列参数对话框，看到共有 25 个单元添加到列表中。说明：

创建一个均匀 5×5 天线阵列，实际上可为添加的单元定义相位步长，图

5.32 中初始相位是第一个单元的，可在 3D 空间用每个 Add 命令输入一组阵列单

元，也可添加更多，每个 Add 命令可指定单元序号，现在列表中只有一种类型的

单元：rpatch5m1.pat，如方向图列表中有多个单元，可为不同单元选择其单元

序号(从 0 开始)，天线阵列中可混合使用不同类型的单元。不仅可为每个 Add 命令混合使用不同类型的单元，也可定义所有添加单元

的旋转角度，对旋转也需输入第一个ϕ、第一个θ和第二个φ。它们的意义是什

么？这些角度或矩阵变换为：(1)保持 z 轴不变并以第一个ϕ旋转ϕ角；(2)然后保

持 x 轴不变以第一个θ旋转θ角；(3) 后保持 z 轴不变以第二个ϕ旋转ϕ角。第 2 步选择 Export 并输入文件名：rpatch5m1.arr，此步不是必需的，保存单元到阵文


件，这样就可在其它阵中导入，当试图获取相同阵因子阵列的方向图时，可重新

导入阵因子。

图 5.32 第 1 步输入数据后的添加元件 Add Elements 对话框第 3 步选择添加θAdd Theta，跳出 Add Elevation Angles 对话框，输入 Start=0，End=

180，Number=73，选择 OK。θ角被添加到列表，对更多单元需添加更多角度实

现方向图更光滑的拟和。


图 5.33 第 5 步输入所有参数时的天线阵参数第 4 步选择添加φAdd Phi，跳出 Add Azimuth Angles 对话框，输入 Start=0，End=

360，Number=73，选择 OK，φ被添加到列表。第 5 步选中 Put Pattern 到方向图列表，将得到图 5.33 所示图形，选择 OK 继续。说明：

PatternView 允许包含有限接地板的作用(见图 5.33)，这是为了包含实际接

地板作用的情况。当设计一个天线，总要有一个作为贴片参考的接地板，但接地

板可能不是终的地，例如如使用一个基站中的天线，终的地是地球，如要知

道地球的作用，可将其作为终的接地板 Final Ground Plane，本例不必这样做。反应：

PatternView 开始阵列方向图计算，结束计算后将结果输出到结果阵列方向

图文件：rpatch5m1a.pat 并加入方向图列表窗口。第 6 步在 Display 菜单中选择 3D Pattern，选择 1.9GHz 的文件 rpatch5m1a.pat。为方向

图类型 Pattern Style 选择 Mapped 3D，为刻度类型选择 dBi(方向系数)。将 Max dB 改为 20，将 Step dB 改为–4，选择 OK 继续。显示出一个铅笔束阵列方向

图，但角度的白色被分散了，在 View 菜单中选择 View Parameters，跳出 3D View Parameters 对话框，把 Boundary 从 Yes 改为 No，选择 OK 继续，将得到

一个更鲜艳的图形 (图 5.34)。

图 5.34 存在和不存在角边界条件下的 3D 方向图对比

第十八节方向图合并、旋转和波辐射预测

PatternView 的 Edit 菜单中还有一些别的菜单项，它们使用户可旋转方向图、添加有

限地面对方向图的影响以及合并多个方向图，还允许用户预测圆场区中的场辐射和分布。

波传输预测使用圆场方向图来预测一组 x，y 和 z 坐标下的场密度，这一功能有利于基站位

置计划等无线应用。这里不再给出实例，有兴趣的用户可以自己探究这一功能，这里结束

本章。


zeland software, inc ie3d发布号 9.2 用户手册

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