矩形波導(dǎo)耦合器

1、通信工程專業(yè)微波技術(shù)作業(yè)通信工程專業(yè) 微波技術(shù)作業(yè)矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的雙孔定向耦合器（系）專 業(yè)： 通信工程 班 級： 131班 學(xué) 生 姓 名： 馬瑤 學(xué) 號： 2013136116 指 導(dǎo) 教 師： 陳宏巍 完 成 日 期： 2016年7月3日 大連民族大學(xué)目 錄摘要IIAbstractIII1 微波基礎(chǔ)理論11.1 微波及特點(diǎn)12 微波集成傳輸線22.1 波導(dǎo)22.2 矩形波導(dǎo)22.3 微波網(wǎng)絡(luò)傳輸散射矩陣23 微波四端口元器件33.1 多端口微波器件簡述33.2 無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)的基本性質(zhì)43.3 定向耦合器基本概念43.3.1 雙孔定向耦合器的簡單機(jī)理53.3.2 對稱理想定向耦合器的散

2、射矩陣63.4 定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)73.4.1 耦合度C 83.4.2 隔離度83.4.3 帶寬的各種定義94 Ansoft HFSS仿真軟件的原理及應(yīng)用104.1 HFSS仿真原理104.2 Ansoft HFSS仿真軟件的應(yīng)用和特點(diǎn)104.2.1 Ansoft HFSS仿真軟件的應(yīng)用104.2.2 Ansoft HFSS的優(yōu)越性114.2.3 Ansoft HFSS仿真微波器件的一般步驟114.3 HFSS設(shè)計(jì)流程115 利用Ansoft HFSS 設(shè)計(jì)矩形雙孔定向耦合器125.1 設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)要求如下：125.2 仿真與測試結(jié)果126 結(jié)論15參考文獻(xiàn)15摘要定向耦合器可以有很多種實(shí)

3、現(xiàn)方式，同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、帶狀線和微帶線都可構(gòu)成定向耦合器，本文利用了矩形波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)定向耦合器。定向耦合器是一種四端口器件，且各個端口均是匹配的。它是在微波與雷達(dá)饋線技術(shù)中廣泛應(yīng)用的元件之一。矩形定向耦合器的各項(xiàng)指標(biāo)包括耦合度、隔離度、方向性、輸入駐波比、相對寬度等。 雙波導(dǎo)耦合器屬于定向耦合型器件，主要是根據(jù)兩平行波導(dǎo)間的橫向耦合而形成的，是對光信號實(shí)現(xiàn)分路、合路、插入和分配的無源器件。它主要應(yīng)用于WDM系統(tǒng)，光纖通信網(wǎng)絡(luò)各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，還可以組合成具有獨(dú)特功能的新型光器件，例如功分器、ach一Zehnder干涉儀、帶電極的調(diào)制器、光開關(guān)等,在光通信中有著廣泛的應(yīng)用。它是依

4、靠光波導(dǎo)間電磁場的相互耦合來工作的，性能指標(biāo)主要有工作中心波長0、插入損耗、附加損耗、方向性、均勻性、耦合比（分束比或分光比）、分路損耗及反向隔離度等。定向耦合器是一種通用的微波、毫米波部件，可用于信號的隔離、分離和混合，如功率的監(jiān)測、源輸出功率穩(wěn)幅、信號源隔離、傳輸和反射的掃頻測試等。主要技術(shù)指標(biāo)有方向性、駐波比、耦合度、插入損耗。 隨著航空和航天技術(shù)的發(fā)展，要求微波電路和系統(tǒng)做到小型化、輕量化和性能可靠，于是出現(xiàn)了帶狀線和微帶線。隨后由于微波電路與系統(tǒng)的需要又相繼出現(xiàn)了鰭線、槽線、共面波導(dǎo)和共面帶狀線等微波集成傳輸線。這樣就出現(xiàn)了各種傳輸線定向耦合器。 微波的傳統(tǒng)應(yīng)用是雷達(dá)和通信，這是微波

5、作為信息載體的應(yīng)用?，F(xiàn)在雷達(dá)大多數(shù)是微波雷達(dá)，利用微波工作的雷達(dá)可以使用尺寸較小的天線，來獲得很窄的波束寬度，以獲取關(guān)于被測目標(biāo)性質(zhì)的更多的信息。 由于微波具有頻率高、頻帶寬、信息量大的特點(diǎn)，所以也被廣泛應(yīng)用于各種通信業(yè)務(wù)。AbstractDirectional coupler can have many ways, coaxial, rectangular, circular waveguide, strip line and micro strip&#

6、160;line can form a directional coupler, the rectangular waveguide  to realize directional coupler.Directional coupler is a four port devices, and each port are matching. It is

7、0;in the microwave and radar technology is widely applied in one element. Rectangular directional coupler indicators including coupling, isolation, direction, the input in Bobbi, b

8、and width.  Dual directional coupler waveguide coupler type device belongs, it is mainly based on two parallel lateral coupling between the waveguide and the formation of the optical signal to achieve the splitter, combiner, insert and distribution of passive components. It is mainly used

9、in WDM systems, optical fiber communication networks of various topologies can also be combined into a new optical devices with unique features, such as splitters, ach a Zehnder interferometer modulator with electrodes, light switches, etc., optical communication has been widely used. It relies on e

10、lectromagnetic coupling between the optical waveguide to work performance mainly work center wavelength 0, insertion loss, additional loss, directivity, uniformity, coupling ratio (splitting ratio or splitting ratio), and the shunt loss reverse isolation like.The directional coupler is a common micr

11、owave, millimeter wave components, it can be used for signal isolation, separation and mixing, such as power monitoring, power source output steady amplitude, signal source isolation, transmission and reflection of sweep testing. The main technical indicators are directional, standing wave ratio, co

12、upling, insertion loss.With the development of aviation and aerospace technology, microwave circuit and system requirements to achieve miniaturization, lightweight and reliable performance, so there stripline and microstrip line. Then due to the need of microwave circuits and systems it has appeared

13、 a fin line, a slot line, coplanar waveguide and coplanar strip line and other microwave integrated transmission line. Thus there have been various transmission line directional coupler.Traditional applications of microwave radar and communication, which is a microwave as an information carrier appl

14、ications. Now most of radar microwave radar, the use of microwave radar work can use smaller antennas to obtain very narrow beam width, for more information about the nature of the measured target.Because microwave with a high frequency, frequency bandwidth, informative features, it is also widely u

15、sed in a variety of communication services.II1.微波基礎(chǔ)理論 1.1微波及特點(diǎn)微波技術(shù)已有幾十年的發(fā)展歷史，現(xiàn)已成為一門比較成熟的學(xué)科。在雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、遙感、電子對抗以及工農(nóng)業(yè)和科學(xué)研究等方面，微波技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。微波技術(shù)是無線電電子學(xué)中一門相當(dāng)重要的學(xué)科，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著重要的作用。 微波是一種頻率非常高的電磁波。把波長從1m到0.1mm范圍內(nèi)的電磁波稱為微波。微波波段對應(yīng)的頻率范圍為: 3×108Hz3×1012Hz。 微波的特性：（1）似光性；（2）穿透性；（3）寬頻帶特性；（4）熱效應(yīng)特性；（5）散射特性

16、；（6）抗低頻干擾特性；特點(diǎn)：（1）視距傳播特性；（2）分布參數(shù)的不確定性；（3）電磁兼容與電磁環(huán)境污染。 （1）似光性微波波段的波長和無線電設(shè)備的線長度及地球上的一般物體（如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等）的尺寸相當(dāng)或小的多，當(dāng)微波輻射到這些物體上時，將產(chǎn)生顯著的反射、折射，這和光的反射、折射一樣。同時微波的傳播特性也和幾何光學(xué)相似，能夠像光線一樣直線的傳播和容易集中，即具有似光性。這樣利用微波就可以獲得方向性極好、體積小的天線設(shè)備，用于接受地面上或宇宙空間中各種物體發(fā)射或者反射回來的微弱信號，從而確定改物體的方向與距離，這就是雷達(dá)及導(dǎo)航技術(shù)的基礎(chǔ)。微波的波長與無線電波設(shè)備尺寸相當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)，使得微波又表現(xiàn)

17、出與聲波相似的特征，即具有似聲性。例如：微波波導(dǎo)類似預(yù)聲學(xué)中的傳聲筒；喇叭天線和縫隙天線類似于聲學(xué)中的喇叭、蕭和笛。微波諧振腔類似于聲學(xué)中的共鳴箱。（2）穿透性微波輻照于介質(zhì)物體時，能深入到該物體內(nèi)部的特點(diǎn)稱為穿透性。例如微波是射頻波譜中除光波外唯一能穿透電離層的電磁波，因而成為人類外層空間的重要手段。微波能穿透云霧、雨、植被、積雪和地表層，具有全天候和全天時工作的能力，成為遙感技術(shù)的重要波段；微波能穿透生物體，成為醫(yī)學(xué)熱透療法的重要手段；毫米波還能穿透離子體，是遠(yuǎn)程導(dǎo)彈末端制導(dǎo)和航天器重返大氣層時實(shí)現(xiàn)通訊的重要手段。 2.微波集成傳輸線2.1波導(dǎo)波導(dǎo)用來引導(dǎo)電磁波的結(jié)構(gòu)。因此，在廣義的定義下

18、，波導(dǎo)不僅是指空金屬管，同時也包括其他波導(dǎo)形式如脊形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)、介質(zhì)波導(dǎo)等；還包括雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線、微帶和鏡像線、單根表面波傳輸線等（下圖）。如不附加說明，一般說到波導(dǎo)就是指空心金屬管。根據(jù)波導(dǎo)橫截面的形狀不同，可分為矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)等。盡管已存在很多不同波導(dǎo)形式，且新的形式還不斷出現(xiàn)，但直到目前，在實(shí)際應(yīng)用中矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)仍是兩種最主要的波導(dǎo)形式。電磁波在波導(dǎo)中的傳播受到波導(dǎo)內(nèi)壁的限制和反射。波導(dǎo)管壁的導(dǎo)電率很高（一般用銅、鋁等金屬制成，有時內(nèi)壁鍍有銀或金），通?？杉俣ú▽?dǎo)壁是理想導(dǎo)體，波導(dǎo)管內(nèi)的電磁場分布可由麥克斯韋方程組結(jié)合波導(dǎo)的邊界條件來求解。波導(dǎo)管內(nèi)不能傳輸TEM波，電磁

19、波在波導(dǎo)中的傳播存在著嚴(yán)重的色散現(xiàn)象。波導(dǎo)中可能存在無限多種電磁場的結(jié)構(gòu)或分布，每一種電磁場的分布稱為一種波型（模式），每一種波型都有對應(yīng)的截止波長和不同的相速。橫截面均勻的空心波導(dǎo)稱為均勻波導(dǎo)，均勻波導(dǎo)中電磁波的波型可分為電波（TM模）和磁波（TE 模）兩大類。2.2矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)中可以存在無限多個 TMmn 模，波型指數(shù)m，n分別表示電磁場沿波導(dǎo)寬邊a和窄邊b 的駐波最大值的個數(shù)，m，n=1，2， 最簡單的是TM11模。同樣，還可以存在無限多個 TEmn模，m，n=0，1，2,但不能同時為零。矩形波導(dǎo)中的最低模式是TE10模，其截止波長最長C=2a，因此，就有可能在波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)單模傳輸。T

20、E10模又稱為矩形波導(dǎo)中的主波，是矩形波導(dǎo)中最重要的波型。實(shí)際應(yīng)用中矩形波導(dǎo)都工作在TE10模。 2.3微波網(wǎng)絡(luò)傳輸散射矩陣在微波頻段，電壓和電流已失去明確的物理意義，難以直接測量，同時Z參數(shù)和Y參數(shù)也難以測量（開路條件和短路條件在高頻的情況下難以實(shí)現(xiàn)）。散射參數(shù)，簡稱S參數(shù)。（可直接測量） 普通散射參數(shù)：行波散射參數(shù)。其物理內(nèi)涵是以特性阻抗 匹配為核心，它在測量技術(shù)上的外在表現(xiàn)形態(tài)是電壓駐波比VSWR； 廣義散射參數(shù)：功率散射參數(shù)。是以共軛匹配（最大功率匹配）為核心，它在測量技術(shù)上的外在表現(xiàn)形態(tài)是失配因子M。3.微波四端口元器件3.1 多端口微波器件簡述任何一個微波系統(tǒng)都是由很多功能不同的微

21、波器件和有源電路組成，微波器件在系統(tǒng)中起著微波能量的定向傳輸、分配、衰減、儲存、隔離、濾波、相位控制、波形轉(zhuǎn)換、阻抗匹配與變換的作用。微波器件的種類繁多，按導(dǎo)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類，可分為波導(dǎo)型、同軸線型、微帶線型等；按工作波形分類，可分為單模元件和多模元件；按功能分類，分為：匹配元件、連接元件、定向耦合元件、濾波元件、衰減與相移元件、諧振器等。按端口的數(shù)目分為單端口、雙端口、n端口器件。如按網(wǎng)絡(luò)特性分類，則分為：線性與非線性網(wǎng)絡(luò)、互易與非互易網(wǎng)絡(luò)、有耗與無耗網(wǎng)絡(luò)、對稱與非對稱網(wǎng)絡(luò)。 與低頻電路的設(shè)計(jì)不同，微波系統(tǒng)無論有源還是無源，都必須考慮阻抗匹配問題，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計(jì)微波電路與系統(tǒng)時采用最多的電

22、路元件。這主要是由于微波電路傳輸?shù)氖码姶挪ǘ皇堑皖l電路的電壓和電流。如不匹配，將會引起反射，造成傳輸能量的損失。本文研究的是微波多端口器件，它們在微波傳輸系統(tǒng)中有多個端口與傳輸線或其他器件相連，如果器件不匹配，在接頭處會引起不同程度的反射，造成傳輸能量的損耗，使器件性能變差。所以，匹配的性能良好的微波器件是所追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)制作微波器件方法是手工計(jì)算與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合。但由于微波器件本身就有很多沒有或者無法細(xì)致考慮的因素，因此，設(shè)計(jì)微波器件的主要難點(diǎn)是在進(jìn)行多次計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還要經(jīng)行大量細(xì)致的調(diào)試工作。因?yàn)槲⒉üぷ黝l率高，元件尺寸小，尺寸稍有偏差，微波器件性能就可能發(fā)生很大的變化。當(dāng)然

23、調(diào)試優(yōu)化工作可以由仿真軟件協(xié)助完成。微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，對電路的性能要求越來越高，電路的功能越來越多，電路的尺寸要求越做越小，而設(shè)計(jì)周期越來越短，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，使用微波EDA軟件進(jìn)行微波元器件與微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)的必然趨勢。3.2 無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)的基本性質(zhì)1） 無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)可以完全匹配，且為一個理想定向耦合器。 2） 有理想定向性的無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)不一定四個端口均匹配，故四個端口匹配時定向耦合器的充分條件，而不是必要條件。 3） 有兩個端口匹配且互易隔離的無耗可逆四端口電路必為一個理想的定向耦合器。3.3 定向耦合器基本概念定向耦合

24、器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的元件：它是一種具有方向性功率分配器。它的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，它用于提取波導(dǎo)系統(tǒng)中的部分能量以便監(jiān)視該系統(tǒng)的功率、頻率和匹配情況，或觀察脈沖形狀和比較相位，或用在微波鑒頻器中以穩(wěn)定微波源，有時在微波接受系統(tǒng)中，用以向微波系統(tǒng)引入本機(jī)震蕩能量。 定向耦合器的種類繁多，結(jié)構(gòu)迥異，分析方法也不盡相同，按傳輸線類型分，有波導(dǎo)定向耦合器、同軸線定向耦合器、帶狀線或微帶定向耦合器等；按耦合輸出方向分，有同向定向耦合器和方向定向耦合器等；按耦合強(qiáng)弱分，有強(qiáng)耦合定向耦合器和弱耦合定向耦合器等。盡管如此，所有類型的定向耦合器都有共通的特性：當(dāng)其中一端口有微波能輸入時，其余三端口之一應(yīng)無

25、輸出。 定向耦合器常用于對規(guī)定流向微波信號進(jìn)行取樣。在無內(nèi)負(fù)載時，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡(luò)。定向耦合器常有兩種方法實(shí)現(xiàn)，一為耦合定向耦合器，其耦合區(qū)長度為四分之一的整數(shù)倍，其直接輸出和耦合輸出端口在結(jié)構(gòu)上不相鄰，輸出相位差往往是90度或180度，剩余的一個端口稱為隔離端，理論上隔離端不輸出任何能量。另一種為分支線定向耦合器，兩輸出端口結(jié)構(gòu)上相鄰，輸出相位差也可以實(shí)現(xiàn)90度或180度，常用語強(qiáng)耦合場合。參數(shù)說明：耦合度：當(dāng)其余端口接匹配負(fù)載時，耦合端輸出功率與主線輸入功率之比。耦合損耗：由于一定能量傳輸?shù)今詈隙硕鹬骶€輸出功率減小，它等于主線插入損耗的理論值。主線損耗：當(dāng)匹配負(fù)載接主線外各

26、端口時，主線插入損耗包括能量耦合損耗和能量耗散損耗兩方面。方向性：當(dāng)功率在指定方向上傳輸時，耦合端口的輸出功率與同樣功率在相反方向傳輸時同一耦合端口的輸出功率之差。同樣，在耦合器上標(biāo)注的功率是指輸入端口的最大輸入功率，輸出口和耦合端口不能用標(biāo)注的最大功率輸入。輸出口和耦合端口的最大輸入功率由耦合度和負(fù)載電阻決定。3.3.1 雙孔定向耦合器的簡單機(jī)理圖3-1給出了波導(dǎo)窄壁雙孔定向耦合功率的原理圖。圖中耦合孔位于波導(dǎo)的公共窄壁上，兩孔大小形狀相同，間距為g/ 4，若功率從端口1輸入，則稱端口1和2之間的波導(dǎo)為主導(dǎo)，端口3和4之間的波導(dǎo)為副波導(dǎo)。振幅為a1的入射波，攜帶功率P1由端口1輸入，經(jīng)小孔耦

27、合，在副波導(dǎo)中激勵起向左右方向傳輸?shù)膬蓚€波，在圖中標(biāo)明為a波和b波。有典型波導(dǎo)中TE10模的場型分布可知，這里的小孔耦合主要是磁耦合，這種單一的磁耦合是不可能有方向性的，所以a波和b波兩者幅度相等，均為k|a1|，這里k1，稱之為耦合系數(shù)。由于k1，故可忽略第小孔分功率后對P1的影響，而認(rèn)為主波導(dǎo)中第小孔處的入射波功率仍為P1，經(jīng)小孔耦合在副波導(dǎo)中再次激勵起想做有兩個方向傳輸?shù)腶波和b波，他們幅度相等，仍為k|a1|。由于兩空間距為g/ 4，從圖中可見，傳輸?shù)絋4參考面上的a波相對于a波行程上多走了（g/ 4）×2=g/ 2，故相位上滯后，因此兩波相互抵消，使得端口4的輸出功率P4=

28、0；而端口3上的b波和b波兩者行程一樣，故應(yīng)同向疊加，使得在此，端口3稱為耦合臂，端口4稱為隔離臂，端口2稱為直通臂。圖3-1 波導(dǎo)定向耦合器原理圖雙孔定向耦合器明顯的缺陷是只能在窄頻帶情況下是用，為了展開工作頻帶，措施之一是增加小孔數(shù)目，讓個孔的半徑不相等，或者將耦合空加工成橢圓形或長槽形，這樣就有可能在一個較寬的頻帶內(nèi)，經(jīng)這些小孔耦合的眾多的波在隔離臂近似互相抵消，而在耦合臂得以加強(qiáng)。3.3.2 對稱理想定向耦合器的散射矩陣對稱理想耦合器存在兩種。第一類，假設(shè)端口1和4完全隔離，由于結(jié)構(gòu)對稱，端口2和3也完全隔離，即結(jié)構(gòu)對稱還使散射參數(shù)有下關(guān)系設(shè)網(wǎng)絡(luò)各端口均已調(diào)匹配，即Sii=0（1，2，

29、3，4），同時考慮到網(wǎng)絡(luò)的互易性，綜合上述特點(diǎn)，散射矩陣應(yīng)有如下形式理想無耗定向耦合器滿足的條件sH的第一行乘以s第一列，得 sH的第一行乘以s的第四列，得 可見S12S13為純虛數(shù)，其中一種可能是故第一類對稱定向耦合器的散射矩陣為由此可以看出第一類對稱理想定向耦合器的一個特點(diǎn)，在直通臂和耦合臂的外向波之間存在著90°的相位差。對于第二類對稱理想定向耦合器，假設(shè)端口1和3完全隔離，由于結(jié)構(gòu)的對稱性，端口2和4也完全隔離，即結(jié)構(gòu)對稱使散射參數(shù)有下列關(guān)系設(shè)網(wǎng)絡(luò)各端口均已調(diào)好匹配，Sii=0（1，2，3，4），綜合以上特點(diǎn)，并考慮到該對稱四端口網(wǎng)絡(luò)的無耗互易性，最好得第二類對稱理想耦合器的

30、散射矩陣為3.4 定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)有耦合度C、方向性D、隔離度I、插損IL、電壓駐波比VSWR和帶寬等。在圖3-2中，我將端口1的輸入功率定義為P1，端口2、3和4的輸出功率分別定義為P2，P3，P4。圖3-2 單節(jié)耦合線耦合器3.4.1 耦合度C耦合度定義為輸入端和耦合端的功率之比，即耦合度是一個負(fù)數(shù)，在習(xí)慣上往往稱其絕對值，即分貝數(shù)越小耦合越強(qiáng)，分貝數(shù)越大耦合越弱。稱為“分貝耦合系數(shù)”或簡稱為“分貝耦合”。顯然，由于輸入功率總是大于輸出功率，故此分貝數(shù)必為復(fù)制。但習(xí)慣上只說它的絕對值，而不提及符號，例如“3db定向耦合器”，實(shí)際上它的分貝耦合系數(shù)為-3dB。

31、分貝耦合越大，表明耦合到副通道的能量越少，耦合越弱。 電壓耦合系數(shù)定義為：主通道輸入電壓（設(shè)由端口1輸入）與副通道輸出電壓（設(shè)由端口2輸出）之比，可表示為3.4.2 隔離度在理想的情況下，副通道中一個端口有輸出時，另一個相反端口應(yīng)沒有輸出。但實(shí)際上由于設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)不佳，另一端口常有一些輸出。用此正反向兩個輸出功率之比的分貝數(shù)來表示定向傳輸?shù)男阅?，則稱為“定向性系數(shù)”或簡稱“定向性”。設(shè)副通道中端口2為所需輸出端口，端口3為隔離端口，則定向性系數(shù)定義為隔離度定義為輸入端與隔離端的功率之比，即D越大，說明定向性越好，或者說輸入端口與隔離端口的隔離度越好。理想情況下。實(shí)用中常對通帶中的D提出一個最低要

32、求，例如大于20dB。除了上面兩個主要的參量外，一般還有隔離度，以及作為功率輸入的1端口反射系數(shù)S11等。 隔離度與方向性和耦合度的關(guān)系是 3.4.3 帶寬的各種定義耦合器的帶寬是指耦合器在一定條件下能滿足一定技巧指標(biāo)要求的工作頻率范圍，包括絕對帶寬、相對帶寬、倍頻程和帶寬比。 絕對帶寬的定義是 式（3-17）式中Fmax表示耦合器的最高工作頻率，F(xiàn)min表示耦合器的最低工作頻率。相對帶寬的定義是式中為中心工作頻率。倍頻程的定義為其中n就是指倍頻程。 帶寬比的定義是4.Ansoft HFSS仿真軟件的原理及應(yīng)用4.1 HFSS仿真原理HFSS采用的理論基礎(chǔ)是有限元方法。有限元法師一種積分方法，

33、其解是頻域的，所以HFSS是由頻域到時域，對于設(shè)計(jì)各種輻射器及求本征模問題很有效。HFSS應(yīng)用切向矢量有限元法。 所謂的有限元法，就是將整個區(qū)域分割成許多很小的子區(qū)域，這些子區(qū)域通常稱為“單元“或”有限元“，將求解邊界問題的原理應(yīng)用于這額子區(qū)域中，求解每個小區(qū)域，通過選取恰當(dāng)?shù)膰L試函數(shù)，使得對每一個單元的計(jì)算變得非常簡單，通過對每個單元進(jìn)行重復(fù)而簡單的計(jì)算，再將其結(jié)果總和起來，便可以得到用整個矩陣表達(dá)的整個區(qū)域的解，這一整體矩陣又常常是稀疏矩陣，可以更進(jìn)一步簡化和加快求解過程。由于計(jì)算機(jī)非常適合重復(fù)性計(jì)算和處理過程，因此整體矩陣的形成過程很容易使用計(jì)算機(jī)處理來實(shí)現(xiàn)。4.2 Ansoft HFS

34、S仿真軟件的應(yīng)用和特點(diǎn)4.2.1 Ansoft HFSS仿真軟件的應(yīng)用 Ansoft HFSS仿真軟件是一個基于有限元法的電磁仿真軟件，是一個計(jì)算電磁結(jié)構(gòu)的交互軟件包。HFSS在強(qiáng)大、直觀的環(huán)境下為研制微波、射頻、高速數(shù)字部件及系統(tǒng)，提供了無可匹敵的精確度。在HFSS的桌面上，你能找到HFSS的全套功能，這是一個可以完全支持基于三維電磁場設(shè)計(jì)的界面。HFSS能進(jìn)行全面的全參數(shù)化設(shè)計(jì)，從幾何結(jié)構(gòu)、材料特性到分析、控制及所有后處理。該軟件強(qiáng)大的參數(shù)化三維建模能力和高性能的圖形能力，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時間。HFSS有多個機(jī)制允許設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的需要去制作用戶特定的設(shè)計(jì)流程。視窗、對話框、工具欄、甚至菜

35、單均可被用戶通過配置或缺省來支持個性化參數(shù)定義。使用者可通過主菜單、工具欄、項(xiàng)目樹和文本欄來靈活操作界面命令計(jì)算模擬器，還包括分析電磁結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)問題時的后處理命令。使用Asoft HFSS軟件能夠計(jì)算：1.基本電磁場數(shù)值解和開放邊界，近遠(yuǎn)場輻射問題。 2.端口阻抗和傳輸常數(shù)。 3.S參數(shù)、相應(yīng)端口的歸一化阻抗和反射系數(shù)問題。4.結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解。4.2.2 Ansoft HFSS的優(yōu)越性首先，其強(qiáng)大的三維建模功能為我們設(shè)計(jì)各種形狀的微波元器件稱為可能。HFSS提供了長方形、圓形、直線等平面基本圖形。圓柱、圓錐、長方體等各種立體基本圖形，使構(gòu)造各種形狀的微波元器件變得簡單易行。 其次，HFSS

36、提供了元件的材料庫。我們可以隨心所欲設(shè)置元件的材料性能。 第三，HFSS提供了各種頻率的激勵源，我們可以隨意設(shè)置，最終找到所涉及微波元器件的中心頻率。 第四，HFSS提供了多端口網(wǎng)絡(luò)的電磁場分布圖和S參數(shù)，使我們能方便地考察涉及元器件性能。 第五，HFSS提供的優(yōu)化分析功能能使我們得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。4.2.3 Ansoft HFSS仿真微波器件的一般步驟（1） 建立微波器件的二維模型。 （2） 設(shè)定匹配元件的變量。 （3） 通過觀察器件的S參數(shù)和反射系數(shù)，分別對各個變量進(jìn)行優(yōu)化分析。 （4） 對各個變量的優(yōu)化分析結(jié)果經(jīng)行綜合分析，最終找到最優(yōu)化的參數(shù)。4.3 HFSS設(shè)計(jì)流程（1） 啟動HFSS軟件，新建一個工程。 （2） 選擇求解類型。在HFSS中有三種求解類型：模式驅(qū)動求解，終端驅(qū)動求解和本征模求解。 （3）