Vortrag über das Simulationsprogramm Momentum von der Firma Agilent Autor: Oliver Hallek

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1 Vortrag über das Simulationsprogramm Momentum von der Firma Agilent Autor: Oliver Hallek

2 Momentum Agilent Technologies kurz auch Agilent, ist ein amerikanisches Technologieunternehmen mit Sitz in Kalifornien. Agilent entstand im Jahr 1990 aus fünf Abteilungen der schon 1939 gegründeten Firma Hewlett Packard Seit dem 2. Juni 2000 ist Agilent Technologies ein selbstständiges Unternehmen. Aktuell sind etwa Mitarbeiter in allen Standorten weltweit beschäftigt. In Deutschland sind es ca Mitarbeiter. Standorte in Deutschland sind Böblingen (Zentrale) und Waldbronn bei Karlsruhe. Agilent Technologies Manufacturing GmbH & Co. KG Herrenberger Str. 130, Böblingen Telefon + 49 (0)7031 / Fax + 49 (0)7031 / außerdem auch Kontakt per Online Formular unter: TMIAHome&cc=DE&lc=ger Momentum ist ein Teil von Advanced Design System ADS. Es ist ein elektromagnetischer Simulator für passive Stromkreise, der S-, Y- und Z-Parameter für allgemeine planare Stromkreise, Streifenleitung, koplanare Wellenleiter, sowie Multilayer und andere Topologien simulieren kann. Außerdem verfügt Momentum über die Fähigkeit willkürliche Formen auf vielfachen Schichten zu analysieren und deren Kopplungen und parasitischen Effekten vorzutäuschen. Mit Momentum ist man in der Lage Hochfrequenz- Ausschüsse, Antennen, ICs und Stromkreise zu simulieren. Diese Software gibt es nur als Vollversion, die als Demo Version im vollen Umfang für Tage ohne Einschränkungen getestet werden kann. Der Preis beträgt für Kunden aus der Industrie im Momentum Bundle ca Euro. Für Fachhochschulen oder Universitäten gibt es eine ADS Donation, in der Momentum enthalten ist. Diese kostet 1440 Euro pro Jahr und enthält 10 Server Lizenzen, sowie eine Lizenz mit einem Dongle für den jeweiligen Dozenten. Auch die FH-Aachen hat solch eine ADS Donation, die von Herrn Prof. Heuermann betreut wird. ADS, in dem Momentum enthalten ist, ist das meist verbreitete Tool im Bereich der RF & Microwave Design Software. Allein in Deutschland gibt es mehrere Tausend Lizenzen. Viele auch an Universitäten und Fachhochschulen, um Beispiele zu nennen: Fraunhofer Institute, Max Planck Institute, Philips, Infineon und viele mehr. Agilent stellt regelmäßige Updates (in der Regel ein bis zwei Mal pro Jahr) zur Verfügung, die an alle Kunden, die einen gültigen Supportvertrag haben, zugesandt werden. Kunden, die Bedarf an Schulungen haben, können an Schulungen vor Ort (Termine und Orte sind auf der Homepage hinterlegt) sowie an web-basierten Schulungen teilnehmen. Des Weiteren gibt es

3 ein umfangreiches Handbuch, in dem die verschiedenen Funktionen der Software mit Beispielen erläutert werden. Außerdem gibt es auf der Homepage eine große Anzahl an Videos, in denen zahlreiche Beispiele vorgeführt und erklärt (mit Ton) werden. Die Schulungen vor Ort nennen sich ADS learning weeks. Dabei wird die ADS Software in verschiedene Module unterteilt, der Kunde wählt dann selbst welches Modul er besuchen will. Der Preis für solch eine Schulung beläuft sich bei 250 Euro pro Tag PC-Voraussetzungen für Momentum sind sehr gering. Die Software läuft unter Windows, Linux und Solaris. Es sollte mindestens ein Pentium II mit 90 Mhz, 64 MB Arbeitsspeicher und 600 MB freier Festplattenkapazität vorhanden sein. Es gibt aber auch schon eine Software, die für 64-Bit Systeme ausgelegt ist. Momentum gibt es in zwei Versionen: Momentum und Momentum RF. Die Folgende Grafik zeigt für welchen Zweck die jeweilige Software prädestiniert ist. Bild 1: Einsatzgebiet von Momentum und Momentum RF in Abhängigkeit von Größe und Frequenz. (Quelle: Agilent) Für große Strukturen, die bei kleinen Frequenzen betrieben werden, liefert Momentum RF gute und schnelle Ergebnisse. Auch mit Momentum erzielt man sehr gute Ergebnisse, dies würde jedoch mehr Zeit und Speicher in Anspruch nehmen. Die Unterschiede zwischen Momentum und Momentum RF werden im folgenden Schaubild

4 gegenübergestellt. Bild 2: Gegenüberstellung Momentum und Momentum RF (Quelle: Agilent) Bild 3: Gegenüberstellung anhand eines Beispiels (Quelle: Agilent)

5 Im Folgenden wird eine kurze Übersicht gegeben, die grob zeigen soll, wie man eine Simulation erstellt. 1. Auswahl des richtigen Modes: Momentum oder Momentum RF Momentum für Designs, in denen komplexe elektromagnetische Simulationen erstellt werden sollen und in denen auch Mikrowellenstrahleneffekte betrachtet werden sollen. Momentum RF für Designs, die geometrisch kompliziert aber elektrisch nicht allzu komplex sind und nicht ausstrahlen. Außerdem kann Momentum RF auch für schnelle Simulationen auf Mikrowellenmodellen gewählt werden, bei denen die Strahleneffekte ignoriert werden können. 2. Design erstellen Dazu gibt es drei Möglichkeiten: Wandeln Sie einen schematisches in ein physikalisches Layout um Layout zeichnen Layout von einem anderen Dateisystem importieren 3. Substrateigenschaften definieren: z.b. Multilayer Platine aus verschiedenen Schichten von Metall, isolierendem oder dielektrischem Material Danach wird die Charakteristik des Substrates für eine Frequenzreihe definiert und in einer Datenbank abgespeichert, die später für die Simulation die Daten liefert. 4. Ports einfügen, damit Energie in den Stromkreis eingefügt werden kann 5. Simulation 6. Ergebnisse anzeigen lassen Visualisierung: erlaubt Benutzern den Fluss in Leitern anzusehen und zu beleben. Antennenentwickler profitieren auch von der 2D, bzw. 3D Darstellung des Antennenfernfeldes, sowie der Berechnung und Darstellung der Antennenparameter. Die folgenden Parameter können angesehen und analysiert werden: S-Parameter E-Felder H-Felder Charakteristische Impedanz Man kann zwischen den verschiedenen Darstellungsformen wählen: S-Parameter in Betrag und Phase Smith Chart 3D-Schatten, -Kontur, und -Felder 2D und 3D Fernfelder Für das Antennendesign können noch weitere Parameter berechnet und visualisiert werden: Ausgestrahlte Kraft Gewinn Maximale Intensität axiales Verhältnis vertikale und horizontale Polarisation z.b. Darstellung einer Dipolantenne:

6 Bild 4: Darstellung einer Dipolantenne (Quelle: Agilent) 7. Optimierung: Mit dem Optimierungsprozess werden Geometrieparameter automatisch angepasst, um die optimale Struktur zu erreichen, die den Stromkreis oder die Gerät, bzw. Leistungsabsichten erfüllt. Definition der geometrischer Parameter, die optimiert werden sollen. Dabei muss für jeden Parameter ein Startwert, eine untere Grenze und eine obere Grenzen angegeben werden. Optimierungsziel angeben z.b. mag S21 in db Optimierung laufen lassen.