實(shí)驗(yàn)四微波環(huán)形電橋元件的設(shè)計(jì)與仿真

1、實(shí)驗(yàn)四微波環(huán)形電橋元件的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)四微波環(huán)形電橋元件的設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計(jì)一個(gè)微波環(huán)形電橋元件2查看并分析該微波環(huán)形電橋元件的s參數(shù)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝有hfss 13.0軟件的筆記本電腦一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理在微帶電橋中，當(dāng)信號(hào)從p2輸入時(shí)，由于p2端口到達(dá)pl端口和到 達(dá)p3端口的長(zhǎng)度相同，因此信號(hào)平分并等幅同相自pl端口和p3端口輸 出，而沿p2>pl>p4,p2>p3>p4兩條路徑的距離相差?g/2, p2端 口輸入的信號(hào)傳到p4端口形成大小相等、相位相反的兩路，從而在p4端 口互相抵消而無(wú)輸出，p2端口與p4端口可看做互相隔離的

2、。同理，若信 號(hào)從p3端口輸入，信號(hào)將等幅同相自p4端口和p2端口輸出，而不會(huì)自 pl端口輸出，p3端口和pl端口是隔離的。若信號(hào)白p4端口輸入，pl端 口和p3端口將等幅反相輸出。若信號(hào)自pl端口輸入，p4端口和p2端口 將等幅反向輸岀。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)微波環(huán)形電橋元件，其指標(biāo)耍求如下：工作頻率為4ghzo 環(huán)形電橋元件設(shè)計(jì)仿真中采用微帶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。選用介質(zhì)板的介電常數(shù) 為e r=2.33,厚度為h二2.286mm。最終獲得s參數(shù)曲線的仿真結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)步驟1.建立新工程了方便建立模型,在 tool>options>hfss options 中講 duplica

3、te boundaries with geometry 復(fù)選框選屮。2 將求解類型設(shè)置為激勵(lì)求解類型：(1) 在菜單欄中點(diǎn)擊 hfss>solutiontype。(2) 在彈出的solution type窗口中(a) 選擇 driven modal(b) 點(diǎn)擊ok按鈕。3 設(shè)置模型單位(1) 在菜單欄中點(diǎn)擊 3d modeler>unitso(2) 在設(shè)置單位窗口中選擇：mm。4 設(shè)置模型的默認(rèn)材料點(diǎn)擊material對(duì)應(yīng)的按鈕，在彈岀的材料設(shè)置窗口中點(diǎn)擊add material 按鈕，添加介電常數(shù)(relative permittivity)為2.33的介質(zhì)，將其

4、命名為 my_sub。點(diǎn)擊ok結(jié)束。5 建立環(huán)形電橋模型(1)首先建立介質(zhì)基片(a) 在菜單欄屮點(diǎn)擊 draw>regular poyhedrorio(b) 在坐標(biāo)輸入欄中輸入中心點(diǎn)的坐標(biāo)：x： 0, y： 0, z-1.143按回車鍵。(c) 在坐標(biāo)輸入欄中輸入半徑向量：dx： 22.345mm/cos(30*pi/180), dy：0, dz： 0按回車鍵。(d) 在坐標(biāo)輸入欄中輸入棱柱的高度：dx： 0, dy： 0, d乙2.286按回 車鍵。(e) 在彈岀的segment number窗口屮將多邊形數(shù)改為6。在特性(property)窗口中選擇attribute標(biāo)簽，將

5、該名字修改為substrateo(2) 建立 trace(a) 在菜單欄中點(diǎn)擊draw>rectangle,創(chuàng)建矩形模型。(b) 在坐標(biāo)輸入欄中輸入起始點(diǎn)的坐標(biāo)：x： -0.89154, y： 0,乙0按 回車鍵。(c) 在坐標(biāo)輸入欄中輸入長(zhǎng)、寬：dx： 1.7830& dy： 22.345, d乙0按 回車鍵。(d) 在特性(property)窗口中選擇attribute標(biāo)簽，將該名字修改為trace (3) 為trace設(shè)置理想金屬邊界條件。(a) 在菜單欄中點(diǎn)擊edit>select>by name,在彈出的窗口中選擇 trace。(b)

6、 在菜單欄中點(diǎn)擊 hfss>boundaries>assign>perfect e。在彈出 的對(duì)話框中將英命名為perf_trace,點(diǎn)擊0k按鈕。(4) 為trace設(shè)置激勵(lì)端口(a) 在菜單欄屮點(diǎn)擊modeler>grid plane>xz,將工作主平面更改 為xoz平面。(b) 在菜單欄中點(diǎn)擊 view>modify attributes>orientation(c) 在觀察窗口中選擇觀察視角，right,點(diǎn)擊apply,然后點(diǎn)擊close結(jié)束。(d) 創(chuàng)建矩形端口血，點(diǎn)擊draw&

7、gt;rectangleo(e) 運(yùn)用捕捉功能，在3d窗口中移動(dòng)鼠標(biāo)，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到棱柱矩形側(cè) 面左下角點(diǎn)時(shí)，此時(shí)鼠標(biāo)形狀為正方形表示已經(jīng)捕捉到該頂點(diǎn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo) 左鍵。(f) 在3d模型窗口中拖動(dòng)鼠標(biāo)，當(dāng)鼠標(biāo)捕捉到右下角頂點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)擊鼠 標(biāo)左鍵。(g) 在特性(property)窗口中選擇attribute標(biāo)簽，將該名字修改為porto(h) 在菜單欄點(diǎn)擊 hfss>excitations>assign>wave port,在 lumped port窗口的general標(biāo)簽中，將該端口命名為pl。(i) 在 modes 標(biāo)簽的 integration li

8、ne 中點(diǎn)擊 none,選擇 new line,在 坐標(biāo)欄中輸入以下坐標(biāo)：x： 10.9, y： 22.345, z： 1.143； dx： 0, dy： 0, dz： 1.143按回車鍵結(jié)束輸入。點(diǎn)擊next直至結(jié)束。(5) 創(chuàng)建其他trace和波端m(a) 在菜單欄中點(diǎn)擊edit>select>by name,在彈出的窗口中選擇 trace porto(b) 點(diǎn)擊 edit>duplicate>around axis,設(shè)置：axis：乙 angle： 60(deg), total number： 4,點(diǎn)擊 ok 結(jié)束。(6) 建立 r

9、ing(a) 在菜單欄中點(diǎn)擊modeler>grid plane>xz,將工作主平面更改為xoz平面。(b) 點(diǎn)擊draw>circle,在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓心點(diǎn)的坐標(biāo)：x： 0, y：0, z:0按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄屮輸入圓半徑：dx： 11.795, dy： 0, dz：0按回車鍵。(c) 在特性(property)窗口中選擇attribute標(biāo)簽，將該名字修改為outer。(f) 在菜單欄屮點(diǎn)擊edit>select>by name,在彈出的窗口屮選擇trace、trace、trace_2、trace_3> o

10、uter(g) 在菜單欄中點(diǎn)擊 modeler>boolean>unite(h) 點(diǎn)擊draw>circle,在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓心點(diǎn)的坐標(biāo)：x： 0, y：0, z:0按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓半徑：dx： 10.795, dy： 0, d乙 0按回車鍵。(i) 在特性(property)窗口中選擇attribute標(biāo)簽，將該名字修改為inner。(j) 在菜單欄中點(diǎn)擊edit>select>by nam巳在彈出的窗口中選擇outer> inner(k) 在菜單欄中點(diǎn)擊 modeler>boolea

11、n>subtract,在 subtract 窗口中 作如下設(shè)置：blank parts :outertool parts : innerclone tool objects before subtract 復(fù)選框不選，點(diǎn)擊 ok 結(jié)束設(shè)置。6 求解設(shè)置(1) 設(shè)置求解頻率(a) 在菜單欄屮點(diǎn)擊 hfss>analysis setup>add solution setupo(b) 在求解設(shè)置窗口中作如下設(shè)置：solution frequency： 4ghz； maximum numbers of passes： 20； maximum delta s p

12、er pass： 0.02；點(diǎn)擊 ok 按鈕。(a) 在菜單欄屮點(diǎn)擊 hfss>analysis setup >add sweepo(b) 選擇 setupl,點(diǎn)擊 ok。(c) 在掃頻設(shè)置窗口中作如下設(shè)置：sweep type： fast； frequency setuptype : lin ear step； start： 2ghz； stop： 7ghz； step： 0.05ghz。(d) w save field復(fù)選框選中，點(diǎn)擊ok按鈕。7 保存工程在菜單欄中點(diǎn)擊file&gt；save as,在彈出的窗口中將該工程的命名為 shiyan4,并選擇

13、路徑保存。8 求解該工程點(diǎn)擊 hfss>analyzeaii9.s參數(shù)(1) s參數(shù)(a) 點(diǎn)擊 hfss>result>create modal solution data report(b) 選擇 rectangle plot(c) 在 trace 窗口中設(shè)置：solution:setupl:sweepl;domain:sweep;點(diǎn)擊 y 標(biāo)簽，選擇：category:s parameter;quantity:s(pl,pl)> s(p2,pl)> s(p3,pl)> s(p4zpl);function:dbo(d) 點(diǎn)擊new

14、 report按鈕完成。(2) s參數(shù)相位(a) 點(diǎn)擊 hfss>result>create modal solution data report(b) 選擇 rectangle plot(c) 在 trace 窗口中設(shè)置：solution:setupl:sweepl;domain:sweep;點(diǎn)擊 y標(biāo)簽，選擇：category:s parameter;quantity:s(p2,pl)、s(p4,pl);f un ction:ca ng_deg。(d) 點(diǎn)擊new report按鈕完成。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真圖如下：微波環(huán)形電橋元件的s參數(shù)曲線如下：微波環(huán)形電橋元件的s參數(shù)相位曲線如下：由上圖微波環(huán)形電橋元件的s參數(shù)曲線可知，中心頻率4ghz,端口 1 的自反射s11大約為32.5524db,從端口 1到端口 2和從端口 1到端口 4 的傳輸量(s21, s41)o從微波環(huán)形電橋元件的s參數(shù)相位曲線圖可以看出 s21的相位為-230.4709° ,在帶外,s41的相位為-48.4392° ,兩者相差 180°，與理論吻合很好。而端口 1和端口 3的傳輸量s31也為-32.5524db, 顯示了