基于hfss分支定向耦合器设计说明书

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1、专业资料参考基于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word格式整理专业资料参考目录一、实验目的1二、设计任务1三、设计思路1四、注意事项1五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程25.1分支定向耦合器简介25.2使用HFSS设计分支定向耦合器25.2.1分支定向耦合器的理论计算25.2.2HFSS设计简介25.2.3HFSS设计环境概述35.3新建HFSS工程35.4创建分支定向耦合器模型35.4.1设置默认的单位长度35.4.2定义变量45.4.3添加新材料45.4.4创建带状线金属层模型55.4.5创建带状

2、线介质层模型65.5分配边界条件和激励75.6求解设置85.6.1单频求解设置85.6.2扫频设置95.7设计检查和运行仿真分析105.8查看仿真分析结果105.8.1查看S参数扫频结果105.9分支定向耦合器的优化分析115.9.1新建一个优化设计工程115.9.2参数化分析设置和仿真分析115.9.3查看参数化分析结果125.9.4优化设计的设置和仿真分析135.9.5查看优化结果145.9.6优化后的S参数扫频结果155.9.7优化后的场分布图155.9.8查看4GHz频点的S矩阵15六、加分项166.1二阶分支定向耦合器建模166.2二阶分支定向耦合器仿真结果

3、17word格式整理专业资料参考一、实验目的l了解分支定向耦合器电路的原理及设计方法。l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S11≤-10dB，隔离端口S41≤-10dB，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（N≥2），匹配隔离良好S11≤-15dB，S41≤-15dB

4、，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）3.三、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word格式整理专业资料参考一、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。

5、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MicrowaveOffice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λg4=12.75mm，特征阻抗Z0=50Ω时对应的带状线宽度W50=2.51mm,特征阻抗Z0=35.4Ω时对应的带状线宽度W50=4.08mm。分支定向耦合器的模型如图5.2.1所示。图5.2.1分支定向耦合器模型图5.2.2HFSS设计简介此外分支定向

6、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50Ω。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。word格式整理专业资料参考5.2.3HFSS设计环境概述求解类型：终端驱动求解建模操作:l模型原型：长方体、矩形面l模型操作：复制操

7、作、合并操作、相减操作边界条件和激励：l边界条件：理想导体边界l端口激励：波端口激励求解设置：l求解频率：4GHzl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】→【SolutionType】，打开如图5.3.1所示的SolutionType对话框，选中DrivenTerminal单选按钮，然后单击【OK】按钮，退出对话框，完成设置。图5.3.15.4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