微波技术与天线课程设计
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
魔T的设计
1概述
无论在那个频段工作的电子设备,都需要各种功能的元器件。微波系统也有各种无源、有源元器件,它们的功能是对微波信号进行必要的处理或变换,是微波系统的重要组成部分。微波元器件按照性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件以及线性元器件三类。其中线性互易元器件只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性,并满足互易定理,主要包括各种微波连接匹配元件、功率分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等。
功率分配元器件可以将一路微波功率按比例分成几路,主要包括:定向耦合器、功率分配器及各种微波分支器。
2 波导分支器简介
将微波能量从主波导中分路接出的元件成为波导分支器,它是微波功率分配器件的一种,常用的波导分支器有E面T型分支、H面T型分支和匹配双T。
E-T分支: E面T型分支器是在主波导宽边面上的分支,其轴线平行于主波导的10
T E模的电场方向。E-T分支相当于分支波导与主波导串联。
H-T分支是在主波导窄边面上的分支,其轴线平行于主波导10
T E模的磁场方向。H-T分支相当于并联于主波导的分支线。
匹配双T:将E-T分支和H-T分支合并,并在接头内加匹配以消除各路的反射,则构成匹配双T,也称为魔T。
3 整体设计
设计目的
(1) 学习设计波导分支器的方法;
(2) 掌握魔T的设计方法及其S参数及场分布图的分析。
(3) 掌握HFSS10软件,加强对相关知识的理解,提高在射频领域的应用能
力。
设计任务
基于微波元器件的理论级,设计一个魔T ,查看魔T放入S 参数并分
析场分布图。
设计原理
将E-T 分支和H-T 分支合并,并在接头内加匹配以消除各路的反射,则构成匹配双T,如图1所示,它有以下特征:
1.四个端口完全匹配.
2.端口“①、②”对称,即有11S = 22S 。
3.当端口“③”输入,端口“①、②”有等辐同相波输出,端口“④”隔离。
4.当端口“④”输入,端口“①、②”有等辐反相波输出。端口“③”隔离。
5.当端口“①或②”输入时,端口“③、④”等分输出而对应端口“②” “①”隔离。
6.当端口“①、②”同时加入信号时,端口“③”输出两信号相量和的2/1 倍,端口“④”输出两信号差的2/1倍。
端口“③”称为魔T 的H 臂或和臂,端口“④”称为魔T 的E 臂或差臂。 根据以上分析,魔T 各散射参数有以下关系:
11S = 22S
13S =23S
14S =-24S
33S =44S =0 34S =0
网络是无耗的,则有
][S ][S =][I 以上两式经推导可得魔T 的[S]矩阵为
魔T具有对口隔离,邻口3bB耦合及完全匹配的关系。
图1 魔T模型图
设计步骤
1 建立工程文件
在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry复选框选中,这样使得在复制模型时,所设置的边界一起复制。
2 设置求解类型
3 设置模型单位
将创建模型中的单位设置为毫米。
4.设置模型的默认材料
在工具栏中设置模型的默认材料为真空。
5 创建魔T
(1) 创建arm_1
利用Draw>Box创建。
(2) 设置激励端口
注意:在哪一个端口设置激励,就先画哪一个端口,并将端口命名为P1。
(3) 创建其他臂
利用旋转的方式创建arm_2,arm_3,arm_4。
(4) 组合模型
将所有的arm组合成为一个模型,即魔T创建完成。
6 设置求解频率即扫频范围
(1) 设置求解频率。解设置窗口中做以下设置:Solution Frequency :4GHz;
Maximun Number of Passes:5;Maximun Delta S per Pass :。
(2) 设置扫频。在扫频窗口中做以下设置:Sweep Type:Fast;Frequency Setup
Type:Linear Count;Start :;Stop:4GHz;Count:1001;将Save Field 复选框选中。
7 保存工程
8 求解该工程
9 后处理操作
(1) S参数(反射系数)。
在仿真计算结束后,查看魔T的S参数,包括11
S。点
S和14
S、13
S、12
击菜单栏HFSS>Result>Create Report。选择:Report Type:Modal S Parameters ;Display Type:Rectangle。Trace窗口:Solution:Setup1:Sweep1; Domain:Sweep 点击Y标签,选择:Category:S parameter;
Quantity:S(p1,p1),S(p1,p2),S(p1,p3),S(p1,p4);Function:dB,然后点击Add Trace按钮。点击Done按钮完成操作。
(2)场方向图
将魔T中的电场幅度以云图的形式绘制出来。
在菜单栏点击HFSS>Field >Plot Field>Mag_E。在创建场图窗口做以下设置: Solution:Setup1:LastAdptive;Quantity:Mag_E:In Volume:All。修改场点的显示特性,选择E Field。
(3) 场分布图的动态显示
将场图以动画的形式动态显示出来,这样可以看到场的传播行进过程。
4 结果分析
正Z轴方向作为激励端口
图 2 S参数图(正Z方向)