1、实验四微波环形电桥元件的设计与仿真实验四-微波环形电桥元件的设计与仿真实验四 微波环形电桥元件的设计与仿真一、实验目的1.设计一个微波环形电桥元件2.查看并分析该微波环形电桥元件的S参数二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理在微带电桥中,当信号从p2输入时,由于p2端口到达p1端口和到达p3端口的长度相同,因此信号平分并等幅同相自p1端口和p3端口输出,而沿p2p1p4,p2p3p4两条路径的距离相差,p2端口输入的信号传到p4端口形成大小相等、相位相反的两路,从而在p4端口互相抵消而无输出,p2端口与p4端口可看做互相隔离的。同理,若信号从p3端口输入,信号将等幅
2、同相自p4端口和p2端口输出,而不会自p1端口输出,p3端口和p1端口是隔离的。若信号自p4端口输入,p1端口和p3端口将等幅反相输出。若信号自p1端口输入,p4端口和p2端口将等幅反向输出。四、实验内容设计一个微波环形电桥元件,其指标要求如下:工作频率为4GHz。环形电桥元件设计仿真中采用微带结构实现。选用介质板的介电常数为r=2.33,厚度为h =2.286mm。最终获得S参数曲线的仿真结果。五、实验步骤1.建立新工程了方便建立模型,在ToolOptionsHFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry复选框选中。2.将求解类型设置为激励求
3、解类型:(1)在菜单栏中点击HFSSSolution Type。(2)在弹出的Solution Type窗口中(a)选择Driven Modal。(b)点击OK按钮。3.设置模型单位(1)在菜单栏中点击3D ModelerUnits。(2)在设置单位窗口中选择:mm。4.设置模型的默认材料点击Material对应的按钮,在弹出的材料设置窗口中点击Add Material按钮,添加介电常数(Relative Permittivity)为2.33的介质,将其命名为My_sub。点击OK结束。5.建立环形电桥模型(1)首先建立介质基片(a)在菜单栏中点击DrawRegular Poyhedron。(
4、b)在坐标输入栏中输入中心点的坐标:X:0,Y:0,Z:-1.143按回车键。(c)在坐标输入栏中输入半径向量:dX:22.345mm/cos(30*pi/180),dY:0,dZ:0按回车键。(d)在坐标输入栏中输入棱柱的高度:dX:0,dY:0,dZ:2.286按回车键。(e)在弹出的Segment Number窗口中将多边形数改为6。在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Substrate。(2)建立Trace(a)在菜单栏中点击DrawRectangle,创建矩形模型。(b)在坐标输入栏中输入起始点的坐标:X:-0.89154,Y:0,Z:0按回车键
5、。(c)在坐标输入栏中输入长、宽:dX:1.78308,dY:22.345,dZ:0按回车键。(d)在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Trace。(3)为Trace设置理想金属边界条件。(a)在菜单栏中点击EditSelectBy Name,在弹出的窗口中选择Trace。(b)在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfect E。在弹出的对话框中将其命名为Perf_Trace,点击OK按钮。(4)为Trace设置激励端口(a)在菜单栏中点击ModelerGrid PlaneXZ,将工作主平面更改为XOZ平面。(b)在菜单栏中点击Vie
6、wModify AttributesOrientation(c)在观察窗口中选择观察视角,Right,点击Apply,然后点击Close结束。(d)创建矩形端口面,点击DrawRectangle。(e)运用捕捉功能,在3D窗口中移动鼠标,当鼠标移动到棱柱矩形侧面左下角点时,此时鼠标形状为正方形表示已经捕捉到该顶点,点击鼠标左键。(f)在3D模型窗口中拖动鼠标,当鼠标捕捉到右下角顶点时,点击鼠标左键。(g)在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Port。(h)在菜单栏点击HFSSExcitationsAssignWave Port,在Lumped Port窗口
7、的General标签中,将该端口命名为p1。(i)在Modes 标签的Integration Line中点击None,选择New Line,在坐标栏中输入以下坐标:X:10.9,Y:22.345,Z:-1.143;dX:0,dY:0,dZ:1.143按回车键结束输入。点击Next直至结束。(5)创建其他Trace和波端口(a)在菜单栏中点击EditSelectBy Name,在弹出的窗口中选择Trace、Port。(b)点击EditDuplicateAround Axis,设置:Axis:Z,Angle:60(deg),Total number:4,点击OK结束。(6)建立Ring(a)在菜单
8、栏中点击ModelerGrid PlaneXZ,将工作主平面更改为XOZ平面。(b)点击DrawCircle,在坐标输入栏中输入圆心点的坐标:X:0,Y:0,Z:0按回车键。在坐标输入栏中输入圆半径:dX:11.795,dY:0,dZ:0按回车键。(c)在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Outer。(f)在菜单栏中点击EditSelectBy Name,在弹出的窗口中选择Trace、Trace_1、Trace_2、Trace_3、Outer(g)在菜单栏中点击ModelerBooleanUnite(h)点击DrawCircle,在坐标输入栏中输入圆心点的
9、坐标:X:0,Y:0,Z:0按回车键。在坐标输入栏中输入圆半径:dX:10.795,dY:0,dZ:0按回车键。(i)在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Inner。(j)在菜单栏中点击EditSelectBy Name,在弹出的窗口中选择Outer、Inner(k)在菜单栏中点击ModelerBooleanSubtract,在Subtract窗口中作如下设置:Blank Parts :Outer Tool Parts : InnerClone tool objects before subtract 复选框不选,点击OK结束设置。6.求解设置(1)设置求
10、解频率(a)在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup。(b)在求解设置窗口中作如下设置:Solution Frequency:4GHz;Maximum Numbers of Passes:20;Maximum Delta S per Pass:0.02;点击OK按钮。(2)设置扫频(a)在菜单栏中点击HFSSAnalysis Setup Add Sweep。(b)选择Setup1,点击OK。(c)在扫频设置窗口中作如下设置:Sweep Type:Fast;Frequency Setup Type :Linear Step;Start:2GHz;St
11、op:7GHz;Step:0.05GHz。(d)将Save Field复选框选中,点击OK按钮。7.保存工程在菜单栏中点击FileSave As,在弹出的窗口中将该工程的命名为shiyan4,并选择路径保存。8.求解该工程点击HFSSAnalyze All9.S参数(1)S参数(a)点击HFSSResultCreate Modal Solution Data Report(b)选择Rectangle Plot(c)在Trace窗口中设置:Solution:Setup1:Sweep1;Domain:Sweep;点击Y标签,选择:Category:S parameter;Quantity:S(p1
12、,p1)、S(p2,p1)、S(p3,p1)、S(p4,p1);Function:dB。(d)点击New Report按钮完成。(2)S参数相位(a)点击HFSSResultCreate Modal Solution Data Report(b)选择Rectangle Plot(c)在Trace窗口中设置:Solution:Setup1:Sweep1;Domain:Sweep;点击Y标签,选择:Category:S parameter;Quantity:S(p2,p1)、S(p4,p1);Function:cang_deg。(d)点击New Report按钮完成。六、实验结果仿真图如下:微波环
13、形电桥元件的S参数曲线如下:微波环形电桥元件的S参数相位曲线如下:由上图微波环形电桥元件的S参数曲线可知,中心频率4GHz,端口1的自反射大约为-32.5524dB,从端口1到端口2和从端口1到端口4的传输量(,)。从微波环形电桥元件的S参数相位曲线图可以看出的相位为-230.4709,在带外,的相位为-48.4392,两者相差180,与理论吻合很好。而端口1和端口3的传输量也为-32.5524dB,显示了隔离特性。七、问题思考及小结本实验设计了一个微波环形电桥元件,此环形电桥元件通过微带结构实现,工作频率为4GHz选用介质板的介电常数为r=2.33,厚度为h =2.286mm。通过本次实验,我学会了如何在HFSS中实现对电桥环形贴片和馈电的建模,掌握了端口和边界的设置,了解了微波环形电桥元件的结构,并通过仿真直观地查看了该微波环形电桥元件的S参数。最开始在实验时由于粗心设置模拟单位时没有设置成mm,导致结果出不来,重新设置之后,问题解决。
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