微波无源电路仿真技术(03)
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主题2：微波无源电路的实践
行仪器的校准。校准就是将传输或反射损耗测 量系统中固有的损耗存储在内存中，以后再从 测试数据中减去这些损耗，其结果反映的就只 是被测部件的特性。
• 单端口校准：单端口校准能测量并消除反射测
Connector
电缆
Cable
移
动
通
讯
系
统
接地卡口
Grounding bar
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA移动通讯系统的天线
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA
微波系统在通讯领域的应用
移 动 通 讯 系 统
微波系统在通讯领域的应用
地面数字通讯 系统
便携式点对点系统
微波系统在通讯领域的应用
主题2：微波电路设计1与实践
——微波பைடு நூலகம்源电路设计制作与测试
1. 认识微波系统与部件 2. 解剖微波工程 3. 微波网络分析仪的用处 4. 微波网络分析仪的使用 5. 简要原理 6. 网络分析仪的使用步骤 7. 微波工程中的EDA工具 8. 设计实例 9. 实践要求
1. 认识微波系统与部件
——我们周围有些什么样的微波系统？
幅度和相位信息，通过比值测量法定量描述被测器件的反 射和传输特性。
网络分析仪分类
矢网(Vector network)：
能测量和显示电气网络和整体幅度和相位特性。 包括：S参数、幅度和相位、驻波比、插入损耗/增 益、群延时、回波损耗、复数阻抗等
标网(Scalar network) ：
只能测量S参数的幅度部分，测量结果包括：传 输损耗/增益、回波损耗和驻波比、反向隔离度等
4、微波网络分析仪的使用
4.1 网络分析仪简介
网络分析方法： 是通过测量微波网络（微波部件）输入端和输出
• 单端口校准：单端口校准能测量并消除反射测
Connector
电缆
Cable
移
动
通
讯
系
统
接地卡口
Grounding bar
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA移动通讯系统的天线
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA
微波系统在通讯领域的应用
移 动 通 讯 系 统
微波系统在通讯领域的应用
地面数字通讯 系统
便携式点对点系统
微波系统在通讯领域的应用
主题2：微波电路设计1与实践
——微波பைடு நூலகம்源电路设计制作与测试
1. 认识微波系统与部件 2. 解剖微波工程 3. 微波网络分析仪的用处 4. 微波网络分析仪的使用 5. 简要原理 6. 网络分析仪的使用步骤 7. 微波工程中的EDA工具 8. 设计实例 9. 实践要求
1. 认识微波系统与部件
——我们周围有些什么样的微波系统？
幅度和相位信息，通过比值测量法定量描述被测器件的反 射和传输特性。
网络分析仪分类
矢网(Vector network)：
能测量和显示电气网络和整体幅度和相位特性。 包括：S参数、幅度和相位、驻波比、插入损耗/增 益、群延时、回波损耗、复数阻抗等
标网(Scalar network) ：
只能测量S参数的幅度部分，测量结果包括：传 输损耗/增益、回波损耗和驻波比、反向隔离度等
4、微波网络分析仪的使用
4.1 网络分析仪简介
网络分析方法： 是通过测量微波网络（微波部件）输入端和输出
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(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!
5-无源微波电路-3
Z0e Z0 j( )sin Z 0 Z 0e abcd e Z 0e Z0 abcd 2cos j ( )sin Z 0 Z 0e 2 Te abcd 2 Z 0e Z 0 2cos j( )sin Z0 Z0e
19
§5.11 微带线定向耦合器
(3) (4)
2
(3) s24 (4) s13 s14 ( s24 s13 ) 0
10
§ 5.10.3 理想对称定向耦合器的[s]
s14 0
0 s 12 s13 0 s12 0 s23 s24
*
s
14
( s24 s13 ) 0
2
2
(5) (6) (7) (8)
s31 p3 D 10lg 20lg p4 s41
一般定向性 30～40 dB 愈大愈好
4
§ 5.10 定向耦合器
3. 隔离度I： 互相隔离的两端口功率之比
p1 I 10 lg 20 lg s41 p4 I DC
4. 输入驻波比：其余三端口均接匹配负载时输入端口的驻波比。 5. 频带宽度: 指耦合度、隔离度、输入驻波比均满足要求时的 定向耦合器的工作频带宽度。
22
§5.11 微带线定向耦合器
二、 900定向耦合器
A B
1.定性分析(波程差法) 端口1激励时 (4)端口：A-B-C-D和A-D两路信号合 成，相差 ，抵消，隔离端 (3)端口：A-B-C和A-D-C两路信号合 成，同相，叠加，耦合端
D C
23
§5.11 微带线定向耦合器
2. 用奇偶模法求[s]
s12 s34 s12 设 或 s13 j s13 、s24 -
无源器件设计仿真和优化
④隔离； ④输入：②③等幅反相输出，
①隔离； ②③输入：①输出和信号，
④输出差信号；
(1)双T
“①④臂隔离”原因：
4臂输入的TE10 模式关于中 轴面T反对称，而1臂中TE10 模式关于中轴面T对称，故 相互不能激励。
1臂（4臂）输入的TE10 模 可以在4臂（1臂）中激励 起高次模，但高次模式不 能传输，不能输出。
信号1－信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相同，则3臂输出两信号之差，称为差信号。
• 若两输入信号等幅，则3臂无输出。
2.波导E-T
求和功能：
信号1 1
信号1＋信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相反，则3臂输出两信号之和，称为和信号。
3. Set up and Solve the Parametric Analysis
Select Power 11, Power21, Power 31 Click Add Calculation
S
1
1
0
0 1
2 1 0 0 1
0
1
1
0
3 1（H）
(3)魔T的应用
单脉冲雷达
△β=(A+B)-(C+D)
和差网络：
Δ
接收机 ∑=A+B+C+D
Σ
Ⅳ
发射机
ΣⅠ
△α=(A+C)-(B+D)
Σ
C
Ⅱ
Σ
Ⅲ
Δ
D
A
Δ
B
和波束 差波束
A
C
①隔离； ②③输入：①输出和信号，
④输出差信号；
(1)双T
“①④臂隔离”原因：
4臂输入的TE10 模式关于中 轴面T反对称，而1臂中TE10 模式关于中轴面T对称，故 相互不能激励。
1臂（4臂）输入的TE10 模 可以在4臂（1臂）中激励 起高次模，但高次模式不 能传输，不能输出。
信号1－信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相同，则3臂输出两信号之差，称为差信号。
• 若两输入信号等幅，则3臂无输出。
2.波导E-T
求和功能：
信号1 1
信号1＋信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相反，则3臂输出两信号之和，称为和信号。
3. Set up and Solve the Parametric Analysis
Select Power 11, Power21, Power 31 Click Add Calculation
S
1
1
0
0 1
2 1 0 0 1
0
1
1
0
3 1（H）
(3)魔T的应用
单脉冲雷达
△β=(A+B)-(C+D)
和差网络：
Δ
接收机 ∑=A+B+C+D
Σ
Ⅳ
发射机
ΣⅠ
△α=(A+C)-(B+D)
Σ
C
Ⅱ
Σ
Ⅲ
Δ
D
A
Δ
B
和波束 差波束
A
C
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
微波工程无源微波电路PPT学习教案
平行于TM01模的横向电力线。
第25页/共273页
25
图 5. 12 模式抑制器结构示意图 (a) TE01 (b) TM01
图5. 12(a)中的结构可以让TM01模顺利通过，故又名为 TM01模式滤波器，而图5. 12(b)中的结构又名为TE01模式滤 波器。由图不难发现，对被抑制的模式，该结构破坏其边界 条件，而对能通过的模式，该结构顺应其边界条件。
无反射的微波暗室：尖 劈形的吸收材料装在室 内六壁上，用于模拟平 面波和球面波，研究辐 射和散射
图 5. 2 大功率匹配水负载
第6页/共273页
6
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 。
图 5.13 波导T型分支
(a) E-T分支 (b) H-T分支
第28页/共273页
28
当分支波导在主波导的宽壁上，分支平面与主波导中 TE10波的电场E平行时，这种分支称为E-T分支；如果分支波 导在主波导的窄壁上，分支平面与主波导中TE10波的磁场H 平行时，则称这种分支为H-T分支。 定性
将T型分支看作三端口网络，对各臂进行编号，主波导 的臂称作端口1和端口2，分支臂称作端口3，工作波型为TE10 波，根据边界条件可以大致地画出T形分支中的电场分布。 图5.14中的三张图画出了E-T分支中三种不同激励情况下的电 场分布示意图，需要说明的是，在波导非均匀处的场是非常 复杂的，这里仅是一种示意图。
第26页/共273页
26
一段长度为l 的模式抑制器，可视作二端口网络，当其制作 理想时，对被抑制的模式，其散射矩阵应为
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图 5. 12 模式抑制器结构示意图 (a) TE01 (b) TM01
图5. 12(a)中的结构可以让TM01模顺利通过，故又名为 TM01模式滤波器，而图5. 12(b)中的结构又名为TE01模式滤 波器。由图不难发现，对被抑制的模式，该结构破坏其边界 条件，而对能通过的模式，该结构顺应其边界条件。
无反射的微波暗室：尖 劈形的吸收材料装在室 内六壁上，用于模拟平 面波和球面波，研究辐 射和散射
图 5. 2 大功率匹配水负载
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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 。
图 5.13 波导T型分支
(a) E-T分支 (b) H-T分支
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当分支波导在主波导的宽壁上，分支平面与主波导中 TE10波的电场E平行时，这种分支称为E-T分支；如果分支波 导在主波导的窄壁上，分支平面与主波导中TE10波的磁场H 平行时，则称这种分支为H-T分支。 定性
将T型分支看作三端口网络，对各臂进行编号，主波导 的臂称作端口1和端口2，分支臂称作端口3，工作波型为TE10 波，根据边界条件可以大致地画出T形分支中的电场分布。 图5.14中的三张图画出了E-T分支中三种不同激励情况下的电 场分布示意图，需要说明的是，在波导非均匀处的场是非常 复杂的，这里仅是一种示意图。
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一段长度为l 的模式抑制器，可视作二端口网络，当其制作 理想时，对被抑制的模式，其散射矩阵应为
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(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。
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建立仿真模型的技巧之十一
频率仿真计算误差（％）
2.5
2
1.5
Delta F
Perfect Geom Segement 18
1
0.5
0 0 2 4 6 8 10 Pass No 12 14 16 18
建立仿真模型的技巧之十一
Q值仿真计算误差（％）
0 -0.5 -1 -1.5
Delta Q
Perfect Geom Segement 18
HFSS Seg 18 Perf Con 2分54秒
球形谐振腔的例子
TM110 mode, s: 5.8E7 S/m. Analytic solution: f0: 261.82347 MHz, Q: 89899.1
HFSS Perf Geom 11分40秒
HFSS Segement 18 9分34秒
Symmetry Perfect H
建立仿真模型的技巧之六
利用几何结构的 对称性减少计算量
对称性边界条件可以分成两种， 一种是理想的电对称 （Symmetry-Perfect E）；另外 一种是理想的磁对称 （Symmetry-Perfect H） 。在 求解本征值问题时，也可以直接 用理想的电边界（Perfect E） 和理想的磁边界（Perfect H） 代替对称性边界条件。
This rectangular waveguide contains a symmetric propagating mode, which could be modeled using half the volume vertically....
Perfect E Symmetry (top)
...or horizontally.
Perfect H Symmetry (left side)
建立仿真模型的技巧之七
利用周期边界使 被求解的问题最 小化
通常，HFSS可计算的最 大尺度小于4λ。
Master
Slaver
建立仿真模型的技巧之七
利用周期边界使被 求解的问题最小化
建立仿真模型的技巧之八
Distance:
For strong radiators (e.g. antennas) no closer than λ/4 to any structure. For weak radiators (e.g. a bent circuit trace) no closer than λ/10 to any structure
建立仿真模型的技巧之五
平面微带或带 状线模型一般 不画线的厚度
需要画厚度
两种情况例外：
边缘耦合 带厚小于趋肤 厚度d
不要画厚度
建立仿真模型的技巧之六
利用几何结构的 对称性减少计算量
使用对称性边界条件除了 需要考虑几何结构具有对 称性之外，还需要仔细考 察激励信号是否具有对称 性。如右侧的结构矩形波 导用TE10波激励时，仿真 模型具有对称性（如右下 图所示）。如果用TE20波 激励则仿真模型不具备对 称性。
HFSS Seg 18 Perf Con 2分54秒
建立仿真模型的技巧之十一
曲线边界不使用真实表 面可以减少计算时间。
使用直线逼近曲线的 直线数被称作 Segement。直线数 太多计算时间的减少 不明显。直线数太少 计算的精度太低。并 且不能通过增加Pass 数提高精度。对于圆 周，直线数通常取18。 计算误差大约在 2.5%左右。
建立仿真模型的技巧之一
一个天线问题的例子-分解模型
微波路面加热器的初始仿真模型
微波炉面加热器的例子-分解模型
分解后的仿真模型
微波炉面加热器的例子-分解模型
侧重传输问题
侧重辐射问题
建立仿真模型的技巧之二
去掉计算区域外对电磁 场没有影响的结构
例如，建立波导的仿真模 型只画出波导中空气芯， 而不需要画出金属部分。
Z0
K01
K12
K23
K34
K23
K12
K01
建立仿真模型的技巧之三
忽略计算区域内 一些结构的细节
离开端口比较远（ >λ/8） 物体较小（<λ/20）
建立仿真模型的技巧之四
避免两个结构过于靠 近又没有联在一起
在设计过程中，为了保 证零件的装配通常都留有 装配公差。建立仿真模型 时，应当忽略这些装配公 差。否则会出现两个结构 非常靠近但又不直接接触 的情况。计算时，软件在 这些区自动建立精细网格 结构。耗用大量的硬件资 源。计算速度慢。
频率仿真计算误差（％）
2.04 2.035 2.03 2.025 2.02 2.015 2.01 2.005
Perfect Con Segement 18
介质 无耗介质
2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Pass No
HFSS Perf ement 18 9分34秒
计算辐射或散射问题 空气盒应尽可能小
建立仿真模型的技巧之九
端口所连接的直波导段不能太长 确定端口距几 何不均匀性最 短距离的准则 高次模衰减 大于20dB 一般取 λ/8~ λ/4
直波导 段太长
建立仿真模型的技巧之十
模型中尽量使用理想材料
Delta F
在初始计算或非精密 计算中，模型中的材 料一般都用理想材料 。 金属 理想导体
建立仿真模型的主要技巧
学会分解模型 去掉计算区域外对电磁场没有影响的结构。 去掉计算区域内一些结构的细节 避免两个结构过于靠近又没有联在一起 平面微带或带状线一般不画线的厚度 利用几何结构的对称性减少计算量 利用周期边界使被求解的问题最小化 计算辐射或散射问题空气盒应尽可能小 端口所连接的直波导段不能太长 模型中尽量使用理想材料 曲线边界不使用真实表面可以减少计算时间 模型中引入虚拟物体
-2 -2.5 -3 -3.5 -4 0 2 4 6 8 10 Pass No 12 14 16 18
建立仿真模型的技巧之十二
模型中引入虚拟物体
虚拟物体是指那些 为了使网格划分更 完美而引入的两维 或三维物体。 引入虚拟物体的原 则
线度比值<104
引入虚拟物体不影响 原结构的介质特性； 虚拟物体应在被计算 结构的内部。
微波无源电路仿真技术
模型设置技巧
电子科技大学 贾宝富 博士
如何建立仿真模型?
实际的微波系 统 仿真 模型
仿真模型不一 定与实际微波 系统相同。
包含多种元件和复 杂的几何结构
• 硬件设备能力的限制，如内存、 硬盘和CPU速率等。 • 可以接受的计算时间。
通常，电磁问题实际的物理模型都比较复杂。基于目前的计算机硬件和计算软 件的水平，我们还不可能把实际的物理模型作为仿真模型进行计算。因此，建 立仿真模型首先就要学会分解、简化物理模型。在保证一定计算精度的条件下， 使仿真模型尽量简单。
使用虚拟物体建模的例子
使用虚拟物体建模的例子
使用虚拟物体建模的例子