微波无源电路仿真技术(05)
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微波无源电路仿真技术(01波导滤波器)
对于本案例，由于现有结构参数的对应结果已经比较理想，因此优化 的时间会很短。 在 Analyze 窗口内更改 step 的数值为 500，提高优化精度 点击Analyze窗口内的“Optimize”按钮 打开优化窗口
添加优化目标
点击 S11，再点击“Add”按钮，这样S11 就被列入优化目标 选择合适的符号（<，>，=），输入合适的频率范围、权重等信息 点击“Apply values”按钮 优先选择快速稳定的优化方式 “Extreme” 设置合适的优化终止条件最大迭代次数、最大仿真时间。
注意：
Default settings 设置Ⅳ：Dim.
尺寸单位设置：
点击“Dim”按钮， Geometry、 Frequency 和 Angle 栏中分别采用默认设置 （“mm”、“GHz” 、“deg”）即可.
完成基本设置后的窗口
滤波器综合向导
点击主菜单中的Tool，选择Filter wizard，打开设置窗口
具体设置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在对话框右侧选择 Chebyshev 或者 Butterworth 型 ，本案例中选择前者 输入滤波器名称为 f2 如果需要还可以通过点击“Load filter”按钮载入已 有滤波器工程文件 提示：如果需要，可以将带通指标放宽一点，以便于 综合后的进一步优化，使得结果更为理想。例如，本 案例中，可将带宽指标14.3 GHz -14.7GHz ，放宽为 14.26 GHz -14.71GHz 。 点击“Next”按钮，窗口显示如下
注意：
Default settings 设置Ⅲ：Planes
微波无源电路仿真技术(02EM)
平面仿真器(EM Sight)适用领域
Typical Board, Package, IC Planar Structures
Planar layers of metal and dielectric.
Planar Antennas Structures with well defined ground planes
Microstrip Coplanar
Typical Structures of Interest to RF, Microwave Designers
Methods Use Green’s Functions
Assumes have parallel layers of materials solve for currents on the metal
Linear Simulator
S parameters are output at the ports specified. No active devices are allowed. ME are solved for the currents on the metal.
Materials Allowed
1. 0
Many Formats
Available
S,Y,Z
Image Currents and E-Fields
- 10
0
10 20
- 20
30
30
40
-
40
50
-50
60
-60
70
-70
800
110 -110
120 -120
130
-130
-
14
14 0
-
Microwave Office(微波办公室)教程 微波无源电路仿真技术(01平面电路)
简单PDK的四个文件
[Foundry] Name=AWR_Training Description=Example PDK for AWR Training Classes Version=1.0.0 [FilePathMacros] GDS_LIB=Library [File Locations] ModelPath=$DEFAULT;Models CellPath=$DEFAULT;Cells SymbolPath=$DEFAULT;Symbols LayerProcessFile=Library/AWR_Train ing_FR4.lpf AdditionalXML=AWR Training;Library/AWR_Training.xml DefaultTemplate=Library/AWR_Traini ng.emt EM_Models_Dir=$DEFAULT;NPorts
微波无源电路仿真技术
平面无源电路仿真
电子科技大学 贾宝富 博士
前言
平面无源电路仿真软件可以分为两类，一类是专门用于平 面无源电路电磁（EM）仿真的软件，例如：Sonnet和 IE3D。这类软件通常计算精度比较高，但图形输入界面不 太友好；功能单一。因此，这类软件的使用者不是很多。 另外一类平面无源电路仿真软件是既可以做电路仿真、又 可以做EM仿真的软件，例如：Agilent ADS、AWR Microwave Office、Agilent Genesys 和 Ansoft Designer等。这类软件既可以做无源电路的仿真又可以做 有源电路的仿真。因而用户较多。比较这些软件，其中 ADS和MWO是两款不错的软件。ADS的培训资料比较多 ，比较容易找到。MWO的资料比较少。而且根据我的使 用经验，MWO在做无源平面电路仿真时在优化手段和计 算精度上有其独到之处。因此，我们在这里给大家介绍 MWO在平面无源电路中的使用。
微波无源电路仿真技术(04)复习过程
‘删除’理想电边界，但允许存在切向电场 。
其作用为在理想导电平面开了一个 ‘孔’ 。
Boundary/Excitations Overview
Perfect E 应用实例
不考虑损耗的金属平面
地平面
腔体表面
微带线导带
Perfect H应用实例
对Outer定义Perfect H相当 于理想开路
N 3.5 0.875 4
Rsheet
Rlumped N
35 40 / square .875
Length (电流方向) Width = number of ‘squares’
Impedance per square = Desired Lumped Impedance number of squares
微波无源电路仿真技术
边界与端口设置
电子科技大学 贾宝富 博士
HFSS中的边界条件
Perfect E Perfect H Finite Conductivity Impedance Layered Impedance Radiation Symmetry Master & Slave Lumped RLC Screen Impedance PML (Perfect Matched Layer)
Radiation
Boundary is /4 away from horn aperture in all directions.
Parameters: None
A Radiation boundary is an absorbing boundary condition, used to mimic continued propagation beyond the boundary plane
其作用为在理想导电平面开了一个 ‘孔’ 。
Boundary/Excitations Overview
Perfect E 应用实例
不考虑损耗的金属平面
地平面
腔体表面
微带线导带
Perfect H应用实例
对Outer定义Perfect H相当 于理想开路
N 3.5 0.875 4
Rsheet
Rlumped N
35 40 / square .875
Length (电流方向) Width = number of ‘squares’
Impedance per square = Desired Lumped Impedance number of squares
微波无源电路仿真技术
边界与端口设置
电子科技大学 贾宝富 博士
HFSS中的边界条件
Perfect E Perfect H Finite Conductivity Impedance Layered Impedance Radiation Symmetry Master & Slave Lumped RLC Screen Impedance PML (Perfect Matched Layer)
Radiation
Boundary is /4 away from horn aperture in all directions.
Parameters: None
A Radiation boundary is an absorbing boundary condition, used to mimic continued propagation beyond the boundary plane
微波工程第五章无源微波电路资料
图 5. 2 大功率匹配水负载
7
5.3 波导接头和同轴接头
各种波导器件连接起来构成微波系统，这种连接主要 依靠波导接头来实现。在此只限在TE10模的矩形波导，由 TE10模波导内壁表面电流的分布可知，波导宽壁中线附近 有较强的纵向电流，因此要求波导在该处应有良好的接触。
典型的波导接头有两种，一种称为平接头，或叫平法 兰，如图5. 3(a)所示。两个平接头相对连接，要保证两者 之间相互对准和良好的机械接触，否则连接处会产生反射 波和微波功率泄漏。
微波谐振腔和低频电路中的谐振回路是非常相似的，但 又有所区别。 本章讨论谐振腔的基本参数，分析金属矩形腔、圆柱腔和同 轴腔的特点， 微扰法是一种广泛应用的近似方法， 空腔微扰 如何应用微扰法研究空腔的微小形功能，在微波系统中得到了广泛的应 用。按功率衰减的频率特性分类，可分为低通、高通、带通和 带阻滤波器;按传输线类型分类，可分为波导型、同轴线型、 微带线型等不同结构类型的滤波器。 微波滤波器的综合设计。
缺点是工作频带不够宽。除了上面分析的a-b-c这条路外， 还有a′-b′-c′，这条路，它的原理是一样的。
14
图5. 6 S形扼流活塞等效电路
15
根据上述阻抗变换关系，如能设法使得两段传输线的特性
阻抗之间满足关系式
,即使Za并不等于零，只要其数
值比较小，仍能使Zc≈0。另一类可移短路器就是根据这样的原
11
图 5. 4 接触式短路活塞 (a) 波导结构 (b) 同轴结构
12
图5. 5为同轴线S形扼流活塞结构，在此结构中，主要是 利用传输线归一化阻抗1/4波长的倒置性来实现等效短路。
图5.5 同轴线S形扼流活塞
13
S形扼流结构，a点是短路点,a-b间是一段特性阻抗为Zc1 的同轴线，其长度是1/4波长，所以b点是开路点,b-c 间又是一段同轴线，其特性阻抗为Zc2，长度仍是1/4波 长，所以c点是等效短路点。c点虽无机械接触，但等 效短路，由于无机械接触，因而移动活塞时不会磨损 金属内壁，这是它最大的优点。
7
5.3 波导接头和同轴接头
各种波导器件连接起来构成微波系统，这种连接主要 依靠波导接头来实现。在此只限在TE10模的矩形波导，由 TE10模波导内壁表面电流的分布可知，波导宽壁中线附近 有较强的纵向电流，因此要求波导在该处应有良好的接触。
典型的波导接头有两种，一种称为平接头，或叫平法 兰，如图5. 3(a)所示。两个平接头相对连接，要保证两者 之间相互对准和良好的机械接触，否则连接处会产生反射 波和微波功率泄漏。
微波谐振腔和低频电路中的谐振回路是非常相似的，但 又有所区别。 本章讨论谐振腔的基本参数，分析金属矩形腔、圆柱腔和同 轴腔的特点， 微扰法是一种广泛应用的近似方法， 空腔微扰 如何应用微扰法研究空腔的微小形功能，在微波系统中得到了广泛的应 用。按功率衰减的频率特性分类，可分为低通、高通、带通和 带阻滤波器;按传输线类型分类，可分为波导型、同轴线型、 微带线型等不同结构类型的滤波器。 微波滤波器的综合设计。
缺点是工作频带不够宽。除了上面分析的a-b-c这条路外， 还有a′-b′-c′，这条路，它的原理是一样的。
14
图5. 6 S形扼流活塞等效电路
15
根据上述阻抗变换关系，如能设法使得两段传输线的特性
阻抗之间满足关系式
,即使Za并不等于零，只要其数
值比较小，仍能使Zc≈0。另一类可移短路器就是根据这样的原
11
图 5. 4 接触式短路活塞 (a) 波导结构 (b) 同轴结构
12
图5. 5为同轴线S形扼流活塞结构，在此结构中，主要是 利用传输线归一化阻抗1/4波长的倒置性来实现等效短路。
图5.5 同轴线S形扼流活塞
13
S形扼流结构，a点是短路点,a-b间是一段特性阻抗为Zc1 的同轴线，其长度是1/4波长，所以b点是开路点,b-c 间又是一段同轴线，其特性阻抗为Zc2，长度仍是1/4波 长，所以c点是等效短路点。c点虽无机械接触，但等 效短路，由于无机械接触，因而移动活塞时不会磨损 金属内壁，这是它最大的优点。
微波无源器件的设计与优化
微波无源器件的设计与优化在现代通信和雷达系统中，微波无源器件扮演着至关重要的角色。
它们作为微波信号的传输、调制和处理的关键组成部分，直接影响着系统的性能和效率。
因此，对微波无源器件的设计与优化显得尤为重要。
本文将探讨微波无源器件的设计原理、优化方法以及应用前景。
设计原理微波无源器件的设计原理涉及电磁场理论、微波传输线理论以及微波元件的电路模型等多个方面。
其中，电磁场理论用于分析微波在器件内部的传播和耦合特性，微波传输线理论则用于描述微波在导波结构中的传输规律。
此外，微波元件的电路模型则是将微波器件抽象为电路元件，用于建立数学模型以实现仿真和优化。
优化方法针对不同类型的微波无源器件，存在着各种不同的优化方法。
例如，在微波滤波器的设计中，可以通过优化电路拓扑结构、调整元件参数以及优化耦合方式来实现性能的提升。
而对于微波功分器件的优化，则需要考虑功分平衡性、传输损耗以及频率响应等因素。
此外，利用计算机辅助设计（CAD）工具进行仿真和优化也是常见的方法之一。
应用前景随着通信技术的不断发展，微波无源器件在通信、雷达、无线电频谱监测等领域的应用前景十分广阔。
在5G通信系统中，微波滤波器、功分器件等无源器件的优化将对系统的性能和覆盖范围起到关键作用。
同时，在雷达系统中，微波无源器件的高性能和稳定性要求将进一步推动其在目标识别、跟踪和导引等方面的应用。
此外，随着物联网、车联网等新兴应用的兴起，微波无源器件的需求将持续增长。
结论微波无源器件的设计与优化是一个综合性的课题，涉及多个学科领域的知识和技术。
通过深入研究微波器件的设计原理，采用合适的优化方法，并结合实际应用需求，可以不断提升微波无源器件的性能和可靠性，推动微波技术在通信、雷达等领域的发展。
微波无源电路仿真技术(06带线微带合路)
-40.00
dB(S(2,3)) Setup1 : Sw eep1
Y1
-60.00
-80.00
-100.00
-120.00 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 Freq [GHz] 2.75 3.00 3.25 3.50
某合路器的MWO仿真模型
PCB图
MWO的优化结果
HFSS仿真模型
HFSS的仿真结果Βιβλιοθήκη Ansoft LLC0.00
Curve Info
XY Plot 1
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1 dB(S(2,2)) Setup1 : Sw eep1 dB(S(3,3)) Setup1 : Sw eep1
Port1-Port2低通
HFSS仿真结果
Ansoft LLC
0.00
XY Plot 1
HFSSDesign1
Curve Info dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1
-20.00
dB(S(1,2)) Setup1 : Sw eep1 dB(S(1,3)) Setup1 : Sw eep1
微波无源电路仿真技术
带状线/微带线合路器
电子科技大学 贾宝富 博士
设计及过程
通常，带状线和微带线合路器通常都是低通和带阻滤波器 。低通滤波器通常选择切比雪夫和椭圆函数类型。带阻滤 波器一般也会利用SIR谐振器控制寄生阻带的位置。这类 器件的设计过程为， 建立电路模型，注意此时不一定使用带有J/K变换器的滤 波器电路模型。 选择合适的电路结构建立原始电路板模型。 使用电路软件优化。 利用EM软件或三维软件检验设计。 加工测试。
微波无源电路仿真技术(03低通滤波器)
低通滤波器的实现方法（一）
高、低阻抗传输线法：
X βl βl = Z 0tg ≈ Z 0 2 2 2
βl π
4
= B Y0 Sin ( β l ) ≈ Y0 β l β l π
4
= X Z 0 Sin ( β l ) ≈ Z 0 β l β l π B βl βl = Y0tg ≈ Y0 2 2 2
微波无源电路仿真技术
微波低通滤波器设计
电子科技大学 贾宝富 博士
微波低通滤波器的设计方法
微波低通滤波器的设计过程大致可分为3个步骤： (1)根据滤波器的预先给定的技术指标，设计出一 个LC梯型网络低通原型滤波器； (2)通过低通变换得到LC低通滤波器。 (3)选择合适的微波结构用微波网络元件来实现LC 低通滤波器中串联电感和并联电容。 实现微波网络元件的结构有：波导，同轴线，带 状线，微带线等。相对应的低通滤波器分别被称 作波导低通滤波器，同轴线低通滤波器，带状线 低通滤波器和微带线低通滤波器等。
技术指标
截止频率： f1 = 2GHz 通带最大插入损耗：LAr ≤ 0.1dB 4GHz 阻带最大衰减：La ≥ 30dB @ f a = 输入、输出阻抗： 50Ω
确定滤波器级数
如选择切比雪夫滤波器，根据公式，
= LA (ω ′) 10 log10 2 −1 ω ′ ′ = LA (ω ) 10 log10 1 + ε cosh n cosh ′ ω 1 ω ′≤ω1′ −1 ω ′ 2 1 + ε cos n cos ′ ω 1 ω ′≤ω1′
微波无源电路仿真技术(04管状滤波器)
4Cs2 K ij
2 1 4 2Cs2 K ij
2C0C1 Cpij 2C0 C1
根据T形到Π形（星形）等效电路的计算公式，得
Cij
2Cs Cpij 1 Cs K ij
Π形拓扑结构端部等效电路
端部为容性耦合的电路结构，丌能直接使用变换器等效。 需要变换成如下的电路形式。
Cd 2 r3Cd 2 1 1 4 Cd ln 2 ln 100 1 1 2 11.1(1 )( 1) 1016 ( pF / mm)
其中：
r r 3 2; r3 r1
实际上，串联电容输入是Π形拓扑结构的一个特例。通常 这种结构多用于窄带管状滤波器设计。串联电感输入多用 于宽带滤波器设计。下面将分别对Π形拓扑结构和串联电 感结构的综合设计过程做比较详细的介绍。
超导滤波器的拓扑结构
另外值得注意的是，管状滤波器的电路拓扑结构除了用于 管状滤波器外也被用于其他半集中参数滤波器设计。例如 ：平面结构超导滤波器设计。
管状滤波器样品
管状滤波器内部结构
一款管状滤波器的结构
管状滤波器典型技术指标
管状带通滤波器的拓扑结构
管状带通滤波器的电路拓扑结构有多种类型。
串联电感输入
串联电容输入
并联电感输入
管状带通滤波器的拓扑结构
为了能够比较容易地实现管状结构滤波器要求的元件值， 管状滤波器还有一些变形的拓扑结构。如下图所示的输入 输出端为Π形电容的拓扑结构。
2 1 FBW 0
计算 Cs
Cs 1 ; 2 0 Ls
综合步骤（2）
2 1 4 2Cs2 K ij
2C0C1 Cpij 2C0 C1
根据T形到Π形（星形）等效电路的计算公式，得
Cij
2Cs Cpij 1 Cs K ij
Π形拓扑结构端部等效电路
端部为容性耦合的电路结构，丌能直接使用变换器等效。 需要变换成如下的电路形式。
Cd 2 r3Cd 2 1 1 4 Cd ln 2 ln 100 1 1 2 11.1(1 )( 1) 1016 ( pF / mm)
其中：
r r 3 2; r3 r1
实际上，串联电容输入是Π形拓扑结构的一个特例。通常 这种结构多用于窄带管状滤波器设计。串联电感输入多用 于宽带滤波器设计。下面将分别对Π形拓扑结构和串联电 感结构的综合设计过程做比较详细的介绍。
超导滤波器的拓扑结构
另外值得注意的是，管状滤波器的电路拓扑结构除了用于 管状滤波器外也被用于其他半集中参数滤波器设计。例如 ：平面结构超导滤波器设计。
管状滤波器样品
管状滤波器内部结构
一款管状滤波器的结构
管状滤波器典型技术指标
管状带通滤波器的拓扑结构
管状带通滤波器的电路拓扑结构有多种类型。
串联电感输入
串联电容输入
并联电感输入
管状带通滤波器的拓扑结构
为了能够比较容易地实现管状结构滤波器要求的元件值， 管状滤波器还有一些变形的拓扑结构。如下图所示的输入 输出端为Π形电容的拓扑结构。
2 1 FBW 0
计算 Cs
Cs 1 ; 2 0 Ls
综合步骤（2）
微波无源电路仿真技术(06)复习过程
Mathematical:
CVc: Complex Vector
Vec: Vector
CSc: Complex Scalar
CACULATOR USAGE HINT: Most data
input types will be self-explanatory, e. g. E and H fields being phasor quantities will be Complex Vector (CVc). The only exception to this rule is the Poynting input, Which will show up as a “CVc” even though E X H* should have no imaginary component. The calculator only knows that two complex vector were crossed, and does not know ahead of time that the imaginary component has been zeroed.
输出表达式
使用“Copy to stack”键，将已存在 的表达式导出到场计算 器堆栈；
使用“Save to”键， 将已存在的表达式保存 成场计算器表达式文件 （*.clc） ；
指定关联区
指定场计算 器使用数据 的出处。
指定求解设 置
指定场类型 ；
指定频率 指定相位
基本面板
Data stack: Contains current and saved entries in a scrolling stack similar to a handheld scientific caculator.
微波无源电路仿真技术(03Layout)
MTRACE2 ID=X4 W=50 mil L=1144 mil BType=2 M=0.5
MTRACE2 ID=X1 W=50 mil L=990.2 mil BType=2 M=0.5 1
MTEE$ ID=TL1
使用关联参数设计
MTRACE2 ID=X4 W=50 mil L=1144 mil BType=2 M=0.5
微波无源电路仿真技术
先进的版图设计
电子科技大学 贾宝富 博士
先进的版图技术
目标… 创建一个智能版图
注: 这个版图将自动对应于 编辑后的 MTRACE2元件
先进的版图技术
开始 MWO 并创建一个新的电路原理图 添加下述元件 …
MTRACE2 ID=X1 W=50 mil L=400 mil BType=2 M=0.5 1 3 MTEE$ ID=TL1 2 MTRACE2 ID=X2 W=50 mil L=400 mil BType=2 M=0.5
先进的版图技术
在MTRACE X2的参数中添加下述方程 …
“W@MTRACE2.X1” 为宽度参数 “L@MTRACE2.X1” 为长度参数 “DB@MTRACE2.X1” 为弯曲位置阵 “RB@MTRACE2.X1” 为弯曲角度阵
MTRACE2 ID=X1 W=W@MTRACE2.X1 mil L=L@MTRACE2.X1 mil BType=2 M=0.5 DB=DB@MTRACE2.X1 m RB=RB@MTRACE2.X1
注: 详情请看下一幅幻灯片
先进的版图技术
用方程定义MTRACE X2 的参数L,W,DB 和 RB。
先进的版图技术
编辑 MTRACE X1并观察X2的行为!
微波无源电路仿真技术(07功率分配与合成)
6
Wilkinson功分器的频率特性
通常单级Wilkinson功分 器的工作带宽只能达到一 个倍频程左右。 为了扩大工作带宽需要多 级级联。 采用级联方式以后，隔离 度也可以提高。
Wilkinson功分器的实际结构
Wilkinson功分器设计举例
设计微带二路功分器，各路引出线的特性阻抗ZC=50Ω， 比例系数k=2，工作频率f=1.8GHz，微带基片的相对介 电常数εr=2.5，高度h=0.8mm。
Wilkinson功率分配与合成器的特点是同相输出。通常， 单级Wilkinson功率分配与合成器的工作带宽不太宽。但 是通过级联方式可以扩大Wilkinson功率分配与合成器的 工作带宽。
等分Wilkinson功分器
单级工作带寛大约1个倍频程。
4
不等分Wilkinson功分器
5
N路Wilkinson功分器
Gysel功分器
Z1 = Z 0 2; Z2 = Z0 Z0 = R 2;
MWO仿真模型
使用前例的基片和中 心频率设置。计算出 各线段的线长和线宽 。 Z（Ω） 50 70.7 1.24 29.43
W（mm） 2.22 L（mm） 28.85
35.4 3.68 56.68
MWO仿真结果
多路功分器的讨论
微波无源电路仿真技术
平面功率分配与合成电路简介
电子科技大学 贾宝富 博士
前言
在微波电路中，功率分配／合成器是非常 重要的器件，它被广泛应用于馈线系统、 混频及功率放大器中。功率分配与合成的 电路形式很多。这里，我们结合平面电路 仿真介绍几种常见的功率分配与合成的电 路形式和基本分析方法。
微波无源电路仿真技术(02微带滤波器)
dB(S(2_1,1_1)) Import5 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass08
dB(S(1_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
dB(S(2_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
XY Plot 1
AW R
HFSSDesign2
Curve Info
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(Port1,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(Port2,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
第二步：设置优化
用微波办公室打开 原理图文件，设置优化。设置 完成后，开始优化。
在优化目标中
输入通带和阻 带要求
在优化自变量 中，设置L0为
适当的值（频 率高可减小）。
dB(S(1_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
dB(S(2_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
XY Plot 1
AW R
HFSSDesign2
Curve Info
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(Port1,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(Port2,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
第二步：设置优化
用微波办公室打开 原理图文件，设置优化。设置 完成后，开始优化。
在优化目标中
输入通带和阻 带要求
在优化自变量 中，设置L0为
适当的值（频 率高可减小）。
微波无源电桥原理_概述说明以及解释
微波无源电桥原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述微波无源电桥是一种重要的测试和测量设备，广泛应用于微波频段的信号调制、频率测量和相位平衡等领域。
它通过使用两个平衡的无源元器件，实现了精确的相位检测和电压比较，在微波无线通信、雷达系统以及天线设计等领域有着重要的作用。
本文旨在对微波无源电桥的原理进行概述说明，并详细解释其工作原理、组成部分以及优点和应用领域。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，以下是各部分主要内容：- 引言：介绍文章的背景、目的和结构。
- 微波无源电桥原理：概述微波无源电桥的基本原理，包括其工作原理、组成部分以及优点和应用领域。
- 微波无源电桥的详细说明：详细介绍微波无源电桥的系统架构和工作原理，并对关键组件进行介绍。
- 实验结果和讨论：描述实验设置和方法，进行数据分析，并对结果进行讨论。
- 结论：总结研究成果，并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文的目的是探讨微波无源电桥的原理和应用，并通过详细的说明和实验结果分析，对其工作原理和性能进行深入解释。
通过阅读本文，读者将能够全面了解微波无源电桥在微波领域中的重要性和应用价值，并为相关领域的研究提供参考。
2. 微波无源电桥原理2.1 原理概述微波无源电桥是一种测量微波频率、功率和阻抗参数的重要仪器。
它基于电桥原理，利用平衡与不平衡的比较来实现测量目标参数的功能。
在无源电桥中，没有主动元件（如放大器或振荡器），而是将待测信号与参考信号进行相互比较。
2.2 无源电桥的组成部分微波无源电桥由四个主要部分组成：换能器、方向耦合器、检波装置和环境控制装置。
- 换能器：通常采用驻波型换能器，它负责将待测信号和参考信号进行电能之间的转换。
- 方向耦合器：用于将传输线上的微波信号引入到无源电桥中，并保持其相对相位关系。
- 检波装置：通常使用二端口或四端口微波单元，用于检测并量化微波单元之间的差异，从而得出待测信号的参数值。
- 环境控制装置：包括温度控制系统、噪声消除系统等，用于保持系统的稳定性和精准度。
微波无源电路仿真技术(06)
E and H are Peak Phasor representation of the steady state fields. Therefore the current representation J derived from n×H or σE are also peak phasor quantities. The Poynting Vector input is a time-averaged quantity.
Some calculator buttons exist primarily to assist in type conversion.
Ex1:The Dot product of two Vector is a Scalar. Ex2:Obtaining the Unit VecNormal to a Surf Generates a Vector.
RLUP “rolls” the stack upward, moving the bottom entry to the top
EXCH exchanges or swaps the top two stack entries
面板细节-工作键
INPUT GENERAL SCALAR VECTOR OUTPUT
component and make it the real or imaginary part of a complex value CVc or CSc, respectively.
输入量类型
The available field inputs are
E: The complex vector E field data
指定关联区
微波工程第五章无源微波电路
传输线特性
传输线的特性参数包括电导、电 感、电容、电导波速等，这些参 数决定了传输线的性能和传输信 号的特性。
微波网络理论
1 2 3
网络基本概念
微波网络是一种抽象的模型，用于描述微波元件 和系统中的电磁波传输、散射和变换。
网络元件与元件网络
微波网络由各种元件组成，如电阻、电容、电感、 变压器等，这些元件按照一定的规则连接构成网 络。
微组装技术
总结词
微组装技术是一种将多个小型化元件和电路组装在一起的方法。
详细描述
微组装技术包括表面贴装、混合微组装和三维集成等技术。通过微组装技术，可以将多个小型化元件和电路集成 在一起，实现高性能、小型化的无源微波电路。微组装技术具有高密度、高可靠性和低成本的特点，广泛应用于 现代通信和雷达系统的制造。
厚膜工艺
总结词
厚膜工艺是一种使用丝网印刷技术在衬底上制造电路的方法。
详细描述
厚膜工艺使用导电和介质材料作为墨水，通过丝网印刷技术在衬底上形成电路 和元件。厚膜工艺适用于制造低成本、大批量生产的微波元件和电路。
LTCC工艺
总结词
LTCC工艺是一种使用低温共烧陶瓷技术制造多层电路的方法。
详细描述
LTCC工艺使用低温烧结的陶瓷材料作为基板，在陶瓷基板上制造多层电路和元件 。LTCC工艺具有高可靠性、低损耗和高频率性能的特点，适用于制造高性能的无 源微波电路。
谐。
波导
波导是无源微波电路中 常用的传输线之一，主 要用于传输微波信号。
02 无源微波电路的原理与设 计
传输线理论
传输线基本概念
传输线是微波工程中用于传输电 磁波的媒介，由两条平行导体组 成，用于信号传输和控制。
传输线种类
微波技术与天线 无源电路
微波技术与天线-第五章无源微波电路
5.4 短路器
不吸收入射波的任何能量而使其产生全反射。实用的短 路器都作成可调的，称为可调短路活塞。
要求： (1)保证接触处损耗小，其反射系数的模值应接近于1； (2)当活塞移动时，接触损耗的变化要小； (3)大功率运用时，活塞与波导(同轴线内外壁)间不应发生打 火现象。
性质:3端口激励，1、2端口反相输出
设在端口3上将网络本身调好匹配：s33 0
s11 则： s s12 s13
s11* * s12 s13*
s12 s11 s13
s12* s11* s13*
s13 s13 0
s13* s11 s13* s12 0 s13 s12 s11 s13
微波技术与天线-第五章无源微波电路
5.5 衰减器
一、 吸收式矩形波导衰减器 (a)横向可调：吸收片移向波导中央时衰减量加大； (b)垂直可调：吸收片从波导宽壁中央深入到波导中时衰减量加大； 吸收式衰减器指标：起始衰减量，最大衰减量、衰减器的输入驻波 系数和工作频带。
微波技术与天线-第五章无源微波电路
1 1 [ s] 1 2 2 2 2 0
1 j s13 e 2 s s 1 e j 12 11 2
1端口激励
1 1 2
调节参考面，使 0
1 1 2 s11 , s21 , s31 2 2 2
于是在S12，S13，S23至少有两个为0，但这与振幅条件相矛盾。
无耗、互易和全匹配三个条件只能同时满足两个
微波技术与天线-第五章无源微波电路
5.7波导T型分支
无源射频微波元件..
第5章 微波元件
• •
一 阻抗调配器 阻抗调配器常用来匹配传输线特性 阻抗和负载(或信号源)阻抗不等的情况。 阻抗调配器可分分支调配器和螺钉调配 器 , 前者可调的电抗元件是用改变分支线 的长度来实现的 , 常用于平行双线和同轴 线传输系统中 ; 后者可调电抗元件是可调 螺钉,常用于波导中。
第5章 微波元件
第5章 微波元件
第5章 微波元件
图 5―3―6
第5章 微波元件
• •
二 终接元件 常用的终接元件有匹配负载和短路 器两种。匹配负载和短路器都属于一端 口的网络,但它们的功能绝然不同,匹配负 载是将所有的电磁能量全部吸收而无反 射 (ρ=1,Γ=0); 而短路负载是将所有的电磁 能量全部反射回去 , 一点能量也不吸收 (ρ=∞,Γ=1)下面分别讨论之。
第5章 微波元件
第5章 微波元件
•
(3) 当信号自①和②端口同相输入 时,则③端口有最大输出,此时,③端口对称 面处在电场驻波腹点。 • (4) 当信息自①和②端口反相输入 时,③端口输出最小,此时,③端口对称面处 在电场驻波节点。当①和②端口等幅反 相输入时,则③端口输出为零。 • H―T 接头与 E―T 接头情况不同 , 主 波导宽壁电流被分支分流, 因此 H―T 接头 的 H 臂相当于并接在传输线中的电抗 , 同 样调节H臂中的短路活塞的位置就可改变 并接电抗的大小。如图5―2―10所示。
• •
(一) 分支阻抗调配器 分支阻抗调配器按分支的多少可分 单支节双支节及多支节调配器。单支节 调配器的工作原理在第二章的 2―6 节已 讨论过,这里不再复述。 • 2―6 节曾指出 , 单支节调配器的最 大优点是结构简单。但它是通过调节支 节线的插入位置和支节线的长度来实现 匹配的,在同轴线中支节的长度,可应用短 路活塞很易改变 , 但分支线插入位置很难 改变 , 因此单支节调配器的应用受到一定 的限制。
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扫频设置
扫频求解设置
Add Sweep
Discrete Sweep
特点：
利用当前网格剖分，逐点求解各个频点的电磁场 求解时间与点数成正比 能够的到各个频点的场分布 Solution Frequency可设置扫频范围的最高点
在工程应用当中，可设置为中间偏高1/3处进行自适应求解，能够在精度/速度 上获得良好的均衡
适应场合：
需要的频点数不多，关注各个频点的场分分布时
Fast Sweep
特点
通过求解传输函数零极点的方法快速获得结构的频 率响应 求解时间与扫频点数不敏感，可以求解充分多的频 点数以便表征结构的谐振特性 能够得到各个频点的场分布 Solution Frequency设置为扫频范围的中心
大规模矩阵求解效率高，内存消耗少 求解不收敛时，自动切换回直接法矩阵求解器 Direct Solver：未知量N的1.2~1.3 次方 Iterative Solver：未知量N的1.0~1.1 次方：接近线性
内存消耗比较：
迭代求解器的设置
Iterative Solver的设 置
在Setup中的 [Option]选项卡中设 置 Enable Iterative Solver
滤波器、天线等问题仿真
如果在求解频率上的反射很大，将会影响整个频带内的精度 为了更好地体现电磁场在模型中的传输特性，求解频率（Solution Frequency）推荐设置为滤波器的通带中心，或天线的（一个较高 的）工作频率上 可以结合手动网格细化，直接得到精度较高的结果
网格在求解频率上生成 离开中心频率越远，求解误差越大
Interpolating Sweep
特点：
在给定的频率范围内，由软件利用当前网格，自动确定电磁场求解 的频点，然后通过内插，获得整个扫频范围内的频率响应 插值扫描的精度可以通过Error Tolerance设置 Solution Frequency设置为整个扫频范围偏高的位置可以在整个 带宽内获得较好的精确性 适合于超宽带扫频（如DC~10GHz）
观察收敛确定求解方法
察看求解采用的方法
Solver Profile Poor convergence for iterative solver, switching to direct solver…
电大问题求解设置
迭代法和二阶有限元相结合，求解更大规模的问题
求解实例
求解精度Max Delta S的设置
扫频算法与求解频率的设置
传输线问题
离散扫频（Discrete）和插值扫频（Interpolating Sweep）
求解频率设置为扫频范围的偏高处，利用较高求解频率产生的较多网 格确保求解精度
Fast Sweep扫频的算法特点，使得误差离开求解频率越远，精度 越低
求解频率设置为扫频范围的中心
矩阵求解算法
适合中小规模矩阵，需要较多的内存。 适合中大规模矩阵求解，内存消耗少、 在内存资源一定的情况下，求解更大规模的问题
Iterative Solver
求解阶数与网格
不同求解阶数对应的网格和网格上的场
求解阶数的选择
求解阶数的选择（续）
阶数选择与求解时间的关系
求解阶数设置的一般原则
端口数少于CPU数量的两倍时：迭代法； 端口数大于于CPU数量的两倍时：直接法；
迭代法不收敛则自动采用直接法求解。
网格数量增加，迭代法的收敛性会改进；
快速扫频（Fast Sweep）与矩阵算法。
未知量在10万以下：Direct Solver效率高； 未知量在30万以上：Iterative Solver效率高；
微波无源电路仿真技术
HFSS求解器
电子科技大学 贾宝富 博士
模式驱动和端口驱动求解设置
Add Solution Setup
本征模求解设置
求解设置的选项
HFSS的求解器
求解阶数设置
Zero Order Solution First Order Solution Second Order Solution Mixed Order Solution Direct Solver
不收敛时，自动切换到 直接法
Relative Residual 迭代残项，默认的设置可以得到和直接法同样的精度。 不要设置Relative Residual大于0.1。
迭代求解器的选择原则
Iterative Solver的选择原则
对于物理内存较小的计算机，求解端口数量较少的问题 ，迭代法速度提高明显。
与具体求解的问题相关
给出一般性的原则
求解阶数设置
求解阶数的设置方法
在Setup的[Option]选项卡中设置
两种矩阵求解算法
Direct Solver
矩阵求逆，直接求解矩阵，相比迭代法消耗更多的内存 求解稳定，不存在收敛性问题，与端口数量不敏感
Iterative Solver（迭代法求解）
Max Delta S含义
Max Delta S与自适应求解
自适应求解过程
自动生成最优网格 自适应迭代，网格不断细化，直到达到所需的求解精度 Max Delta S是网格生成和精度判断的重要参数
自适应网格生成的过程
网格数量与S参数求解结果
网格数量与S参数求解结果
网格的增加比例与收敛性
设置网格剖分程序每次迭代增加网格比例的作用。
观察收敛性与网格数判断计算精度
自适应网格增加的比例
改变网格增加的比例
在求解设置中的高级（Advanced）选项卡中设置 Refinement Per Pass：每次迭代增加的网格比例。
改变网格细化的规则
缺省值30% 适应于大多数情况 对于强烈谐振的结构，可设置为50%以上或更多，以减少迭代次数 不要设置为10%以下，以免增加迭代次数或假收敛