基于HFSS分支定向耦合器设计说明书

基于HFSS分支定向耦合器设计

实验报告

学院电子科学与工程学院

姓名

学号

指导教师

2016年10月27日

目录

一、实验目的 (1)

二、设计任务 (1)

三、设计思路 (2)

四、注意事项 (2)

五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2)

5.1 分支定向耦合器简介 (2)

5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (2)

5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 (2)

5.2.2 HFSS设计简介 (3)

5.2.3 HFSS设计环境概述 (3)

5.3 新建HFSS工程 (4)

5.4 创建分支定向耦合器模型 (4)

5.4.1 设置默认的单位长度 (4)

5.4.2 定义变量 (4)

5.4.3 添加新材料 (5)

5.4.4 创建带状线金属层模型 (6)

5.4.5 创建带状线介质层模型 (7)

5.5 分配边界条件和激励 (8)

5.6 求解设置 (9)

5.6.1 单频求解设置 (9)

5.6.2 扫频设置 (9)

5.7 设计检查和运行仿真分析 (10)

5.8 查看仿真分析结果 (11)

5.8.1 查看S参数扫频结果 (11)

5.9 分支定向耦合器的优化分析 (11)

5.9.1 新建一个优化设计工程 (12)

5.9.2 参数化分析设置和仿真分析 (12)

5.9.3 查看参数化分析结果 (13)

5.9.4 优化设计的设置和仿真分析 (13)

5.9.5 查看优化结果 (15)

5.9.6 优化后的S参数扫频结果 (15)

5.9.7 优化后的场分布图 (16)

5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (16)

六、加分项 (17)

6.1 二阶分支定向耦合器建模 (17)

6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (18)

一、实验目的

●了解分支定向耦合器电路的原理及设计方法。

●学习使用HFSS软件进行微波电路的设计、优化和仿真。

二、设计任务

1.课题内容

运用功分器设计原理，利用HFSS软件设计一个90°（180°）分支定向耦合器

2.实现方式

自选一种或多种传输线实现，如微带线、同轴线、带状线，要求输入输出端口阻抗为50Ω。

3.基本要求

实现一个单阶90°分支定向耦合器的设计，带内匹配，隔离端口

，任选一种微波传输线结构实现，中心工作频率为4.0GHz。

4.加分项

多阶（），匹配隔离良好，，功率不等分，多种传输线实现，带阻抗变换功能（输出端口阻抗不为50Ω）

三、设计思路

四、注意事项

1.传输线特性阻抗的计算

2.电长度与物理长度的换算

五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程

5.1 分支定向耦合器简介

定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上的元件。它的两个输出端口的信号幅度可以相等也可以不等，一种应用特别广泛的耦合器是3dB 耦合器，这种耦合器的两个输出端口输出信号的幅度是相等的。

5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器

本节使用HFSS软件设计一个分支定向耦合器，此外分支定向耦合器使用带状线结构。分支定向耦合器的工作频率为4GHz，带状线介质厚度为3mm，介质材料的相对介电常数为2.16，损耗角正切为0.001；带状线的金属层位于介质层的中央；端口匹配负载均为50Ω。

5.2.1 分支定向耦合器的理论计算

使用AWR公司Microwave Office的TXLine工具，可以计算出在上述设计条件下，带状

线的物理长度__________D

__D_Dd__D_Dd__________Ԋĝ

图5.2.1 分支定向耦合器模型图

5.2.2 HFSS设计简介

此外分支定向耦合器使用带状线结构，因此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处，所以采用波端口激励，且端口负载阻抗设置为50 Ω。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，带状线金属层位于介质层的中央。在HFSS中，与背景层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需额外指定，直接使用默认的理想导体边界即可。

5.2.3 HFSS设计环境概述

求解类型：终端驱动求解

建模操作:

●模型原型：长方体、矩形面

●模型操作：复制操作、合并操作、相减操作

边界条件和激励：

●边界条件：理想导体边界

●端口激励：波端口激励

求解设置：

●求解频率：4GHz

●扫频设置：快速扫频，扫频范围1-7GHz

后处理：S参数扫频曲线、S矩阵

5.3 新建HFSS工程

1.运行HFSS 并新建工程

2.设置求解类型

设置当前设计为终端驱动求解类型。

从主菜单栏选择【HFSS】→【Solution Type】，打开如图5.3.1所示的Solution Type对话框，选中Driven Terminal单选按钮，然后单击【OK】按钮，退出对话框，完成设置。

图5.3.1

5.4 创建分支定向耦合器模型

5.4.1 设置默认的单位长度

设置当前设计在创建模型时使用的默认长度单位为毫米。从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令，打开如图5.4.1所示的“模型长度单位设置”对话框。在该对话框中，Select units项选择毫米单位（mm），然后单击【OK】按钮，退出对话框，完成设置。

图5.4.1

5.4.2 定义变量

定义4个设计变量L1、W1、L2、W2，分别设置其初始值为12.75mm、2.51mm、12.75mm、4.08mm。

从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令，打开“设计属性”对话框。在该对话框中，单击按钮，打开Add Property 对话框；在Add Property 对话框的Name项