HFSS环形定向耦合器设计实例

实验二：环形定向耦合器仿真场分析

实验目的：

掌握带状线的设置、理解和分析环形定向耦合器的结构和原理。

实验内容：

利用HFSS软件设计一个环形定向耦合器，此环形耦合器使用带状线结构。耦合器的工作频率为4GHz，带状线介质层厚度为2.286mm，介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429；带状线的金属层位于介质层的中央；端口负载皆为标准的50Ω。

实验原理：

此环形耦合器使用带状线结构，HFSS工程可以采用终端驱动求解类型。4个端口都与背景相接触，所以采用波端口激励，且端口负载阻抗设置为50欧姆。为了简化建模操作以及节省计算时间，带状线的金属层使用理想薄导体来实现，即通过创建二维平面然后给二维平面指定理想导体边界条件来模拟带状线的金属层；带状线的金属层位于介质层的中央。在 HFSS 中，与背景相接触的表面会自动设置为理想导体边界，因此带状线上下两边的参考地无须额外指定，直接使用默认的理想导体边界即可。

实验步骤及结果：

一、新建工程设置

1.插入HFSS设计

2.设置求解类型

3.设置默认的长度单位

从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令

4.建模相关选项设置（使得建立三维模型之后弹出属性窗口）

从主菜单栏中选择【Tools】→【Options】→【Modeler Options】

5.定义变量 length

从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令

点击Add

按图填入相应的值然后点击OK

点击‘确定’

6.添加新材料

从主菜单栏中选择【Tools】→【Edit Configured Libraries】→【Materials】命令

点击

按图填入相应的值，然后点击ok

选择My_Sub，点击‘确定’，就把My_Sub设置成默认的选用材料

7.创建带状线介质层模型

随便设置一个圆 , 按图输入，创建一个正六边形柱体，点击OK

跳出属性界面，按图输入，点击‘确定’

缩放到合适的大小，可以得到下图

8.创建带状线金属层模型

随便画一个矩形，按下图设置属性

双击,打开矩形属性界面,按下图设置属性，然后点击‘确定’

单击选择Trace

单击Duplicate Around Axis

按下图设置，然后点击OK,就可复制粘贴Trace，

跳出界面，直接点击‘确定’

这样就复制粘贴创建成功,随便画一个画圆，按图选择及设置属性，点击‘确定’

合并，按住ctrl,依次选择Trace, Trace1, Trace2, Trace3,Outer，点击Unite得到下图

减去，随便画一个圆，按下图设置属性

按下ctrl依次选择Trace和Circle1,点击Subtract

点击OK,得到下图

9．设置环形带状线 Trace 为理想导体边界,直接点击OK

10．设置耦合器四个端口为波端口激励,按下F键进入面选模式选择这个面，右键进行下面操作

按左图修改属性，点击OK

按图上顺序依次对其他三个端口进行同样操作。就可以得到下图

右键，选择，将名字改为下方名字

因为系统本身就设定

端口阻抗为 50Ω，因此不需要再进行操作修改。

11. 单频求解设置

按下图设置属性

12. 扫频设置

按下图设置属性

12.检查并运行

点击Close

13. 查看 S 参数扫频结果

右键单击工程树下的 Results 节点，在弹出菜单中选择【Create Terminal Solution Data Report】→【Rectangular Plot】命令，打开“结果报告设置”对话框。

按下图选择，然后点击

查看生成结果报告

14. 查看 4GHz 频点的 S 矩阵

右键单击工程树下的 Results 节点，从弹出菜单中选择【Solution

Data】命令，打开如图 9.25 所示的求解结果显示窗口。

按下图设置属性：

实验感想：

有了之前对HFSS的学习，这次的实验做起来比较顺手，也知道了要注意的地方。由于这个实验中要画出积分线，开始的时候没有掌握住技巧。不过在我们的努力下掌握住了画积分线的技巧。最后得出图像时虽然遇到了问题，不过在老师的指导下还是解决了。实验课不仅让我们学会了专业知识，也教会了我们面对困难迎难而上的意义。