实验四微波环形电桥元件的设计与仿真

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pl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pl端口和p3端口输 出，而沿p2>pl>p4,p2>p3>p4两条路径的距离相差?g/2, 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

2、。同理，若信 号从p3端口输入，信号将等幅同相自p4端口和p2端口输出，而不会自 pl端口输出，p3端口和pl端口是隔离的。若信号白p4端口输入，pl端 口和p3端口将等幅反相输出。若信号自pl端口输入，p4端口和p2端口 将等幅反向输岀。四、实验内容设计一个微波环形电桥元件，其指标耍求如下：工作频率为4ghzo 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e r=2.33,厚度为h二2.286mm。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 tool>options>hfss options 中讲 duplica

3、te boundaries with geometry 复选框选屮。2 将求解类型设置为激励求解类型：(1) 在菜单栏中点击 hfss>solutiontype。(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 modeler>unitso(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，在弹岀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

4、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) 在菜单栏屮点击 draw>regular poyhedrorio(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, d乙2.286按回 车键。(e) 在弹岀的segment number窗口屮将多边形数改为6。在特性(property)窗口中选择attribute标签，将

5、该名字修改为substrateo(2) 建立 trace(a) 在菜单栏中点击draw>rectangle,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,乙0按 回车键。(c) 在坐标输入栏中输入长、宽：dx： 1.7830& dy： 22.345, d乙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edit>select>by name,在弹出的窗口中选择 trace。(b)

6、 在菜单栏中点击 hfss>boundaries>assign>perfect e。在弹出 的对话框中将英命名为perf_trace,点击0k按钮。(4) 为trace设置激励端口(a) 在菜单栏屮点击modeler>grid plane>xz,将工作主平面更改 为xoz平面。(b) 在菜单栏中点击 view>modify attributes>orientation(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) 创建矩形端口血，点击draw&

7、gt;rectangleo(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porto(h) 在菜单栏点击 hfss>excitations>assign>wave port,在 lumped port窗口的general标签中，将该端口命名为pl。(i) 在 modes 标签的 integration li

8、ne 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m(a) 在菜单栏中点击edit>select>by name,在弹出的窗口中选择 trace porto(b) 点击 edit>duplicate>around axis,设置：axis：乙 angle： 60(deg), total number： 4,点击 ok 结束。(6) 建立 r

9、ing(a) 在菜单栏中点击modeler>grid plane>xz,将工作主平面更改为xoz平面。(b) 点击draw>circle,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。在坐标输入栏屮输入圆半径：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) 在菜单栏屮点击edit>select>by name,在弹出的窗口屮选择trace、trace、trace_2、trace_3> o

10、uter(g) 在菜单栏中点击 modeler>boolean>unite(h) 点击draw>circle,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： 10.795, dy： 0, d乙 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edit>select>by nam巳在弹出的窗口中选择outer> inner(k) 在菜单栏中点击 modeler>boolea

11、n>subtract,在 subtract 窗口中 作如下设置：blank parts :outertool parts : innerclone tool objects before subtract 复选框不选，点击 ok 结束设置。6 求解设置(1) 设置求解频率(a) 在菜单栏屮点击 hfss>analysis setup>add solution setupo(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 p

12、er pass： 0.02；点击 ok 按钮。(a) 在菜单栏屮点击 hfss>analysis setup >add sweepo(b) 选择 setupl,点击 ok。(c) 在扫频设置窗口中作如下设置：sweep type： fast； frequency setuptype : lin ear step； start： 2ghz； stop： 7ghz； step： 0.05ghz。(d) w save field复选框选中，点击ok按钮。7 保存工程在菜单栏中点击file&gt；save as,在弹出的窗口中将该工程的命名为 shiyan4,并选择

13、路径保存。8 求解该工程点击 hfss>analyzeaii9.s参数(1) s参数(a) 点击 hfss>result>create modal solution data report(b) 选择 rectangle plot(c) 在 trace 窗口中设置：solution:setupl:sweepl;domain:sweep;点击 y 标签，选择：category:s parameter;quantity:s(pl,pl)> s(p2,pl)> s(p3,pl)> s(p4zpl);function:dbo(d) 点击new

14、 report按钮完成。(2) s参数相位(a) 点击 hfss>result>create modal solution data report(b) 选择 rectangle plot(c) 在 trace 窗口中设置：solution:setupl:sweepl;domain:sweep;点击 y标签，选择：category:s parameter;quantity:s(p2,pl)、s(p4,pl);f un ction:ca ng_deg。(d) 点击new report按钮完成。六、实验结果仿真图如下：微波环形电桥元件的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s11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(s21, s41)o从微波环形电桥元件的s参数相位曲线图可以看出 s21的相位为-230.4709° ,在带外,s41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s31也为-32.5524db, 显示了