通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)

題目環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)名稱通信與信息工程所在系（院）通信工程指導(dǎo)教師 微波四端口元器件多端口微波器件簡(jiǎn)述任何一個(gè)微波系統(tǒng)都是由很多功能不同的微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(chǔ)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(duì)稱與非對(duì)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(shí)采用最多的電路元件。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(huì)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?cè)谖⒉▊鬏斚到y(tǒng)中有多個(gè)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(huì)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(duì)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(shì)。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(gè)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(gè)端口均匹配，故四個(gè)端口匹配時(shí)定向耦合器的充分條件，而不是必要條件。（3）有兩個(gè)端口匹配且互易隔離的無耗可逆四端口電路必為一個(gè)理想的定向耦合器。定向耦合器基本概念定向耦合器是微波系統(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(shí)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(shí)，其余三端口之一應(yīng)無輸出。定向耦合器常用于對(duì)規(guī)定流向微波信號(hào)進(jìn)行取樣。在無內(nèi)負(fù)載時(shí)，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(zhǎng)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(gè)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(chǎng)合。參數(shù)說明：耦合度：當(dāng)其余端口接匹配負(fù)載時(shí)，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)載接主線外各端口時(shí)，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(shí)，耦合端口的輸出功率與同樣功率在相反方向傳輸時(shí)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。定向耦合器的簡(jiǎn)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①耦合，在副波導(dǎo)中激勵(lì)起向左右方向傳輸?shù)膬蓚€(gè)波，在圖中標(biāo)明為a波和b波。有典型波導(dǎo)中TE10模的場(chǎng)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k≤1，稱之為耦合系數(shù)。由于k≤1，故可忽略第①小孔分功率后對(duì)P1的影響，而認(rèn)為主波導(dǎo)中第②小孔處的入射波功率仍為P1，經(jīng)小孔②耦合在副波導(dǎo)中再次激勵(lì)起想做有兩個(gè)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(duì)于a波行程上多走了（g/4）×2=g/2，故相位上滯后π，因此兩波相互抵消，使得端口4的輸出功率P4=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，使得式（3-1）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(gè)孔的半徑不相等，或者將耦合空加工成橢圓形或長(zhǎng)槽形，這樣就有可能在一個(gè)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)。對(duì)稱理想定向耦合器的散射矩陣對(duì)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(duì)稱，端口2和3也完全隔離，即式（3-2）結(jié)構(gòu)對(duì)稱還使散射參數(shù)有下關(guān)系：，式（3-3）設(shè)網(wǎng)絡(luò)各端口均已調(diào)匹配，即Sii=0（1，2，3，4），同時(shí)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：式（3-4）理想無耗定向耦合器滿足的條件式（3-5）[s]H的第一行乘以[s]第一列，得式（3-6）[s]H的第一行乘以[s]的第四列，得式（3-7）可見S12S13為純虛數(shù)，其中一種可能是式（3-8）故第一類對(duì)稱定向耦合器的散射矩陣為式（3-9）由此可以看出第一類對(duì)稱理想定向耦合器的一個(gè)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(duì)于第二類對(duì)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(duì)稱性，端口2和4也完全隔離，即式（3-10）結(jié)構(gòu)對(duì)稱使散射參數(shù)有下列關(guān)系：式（3-11）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(duì)稱四端口網(wǎng)絡(luò)的無耗互易性，最好得第二類對(duì)稱理想耦合器的散射矩陣為式（3-12）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)耦合線耦合器耦合度C耦合度定義為輸入端和耦合端的功率之比，即式（3-13）耦合度是一個(gè)負(fù)數(shù)，在習(xí)慣上往往稱其絕對(duì)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(jiǎn)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(duì)值，而不提及符號(hào)，例如“3db定向耦合器”，實(shí)際上它的分貝耦合系數(shù)為-3dB。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，可表示為式（3-14）隔離度I在理想的情況下，副通道中一個(gè)端口有輸出時(shí)，另一個(gè)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(gè)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(jiǎn)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，即式（3-15）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(duì)通帶中的D提出一個(gè)最低要求，例如大于20dB。除了上面兩個(gè)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D=C+I式（3-16）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(duì)帶寬、相對(duì)帶寬、倍頻程和帶寬比。絕對(duì)帶寬的定義是式（3-17）式中表示耦合器的最高工作頻率，表示耦合器的最低工作頻率。相對(duì)帶寬的定義是式（3-18）式中為中心工作頻率。倍頻程的定義為式（3-19）其中n就是指倍頻程。帶寬比的定義是式（3-20）180°混合電橋180°混合結(jié)是一種在兩個(gè)輸出端口之間有180°相移的四端口網(wǎng)絡(luò)。它也可以工作在同相輸出。180°混合網(wǎng)絡(luò)所用的符號(hào)如圖3-3所示。施加到端口1的信號(hào)將在端口2和端口3被均勻分成兩個(gè)同相分量，而端口4將被隔離。若輸入施加到端口4，則輸入將在端口2和端口3等分成兩個(gè)有180°相位差的分量，而端口1將被隔離。當(dāng)做為合成器使用時(shí)，輸入信號(hào)施加在端口2和端口3，在端口1將形成輸入信號(hào)的和，而在端口4則形成輸入信號(hào)的差。因此端口1稱為和端口，端口4稱為差端口。所以理想的3dB的180°混合網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣又下列形式式（3-21）圖3-3180°混合電橋可以證明這個(gè)矩陣式幺正的和對(duì)稱的。180°混合網(wǎng)絡(luò)可以制作成幾種形式：環(huán)形混合網(wǎng)絡(luò)或稱環(huán)形波導(dǎo)容易制成平面形式，但也可以支撐波導(dǎo)形式。另一類平面型180°混合網(wǎng)絡(luò)使用漸變匹配線和耦合線。此外，還有另一種類型的混合網(wǎng)絡(luò)是混合波導(dǎo)節(jié)或魔T。AnsoftHFSS仿真軟件的原理及應(yīng)用HFSS發(fā)展歷程HFSS軟件是由美國(guó)Ansoft公司開發(fā)的世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件，是目前國(guó)際上主流的三位高頻電磁場(chǎng)仿真軟件之一。HFSS是一種基于物理原型的EDA設(shè)計(jì)軟件。2003年2月美國(guó)Ansoft公司與美國(guó)安捷倫科技公司簽訂了一項(xiàng)協(xié)議，Ansoft公司收購(gòu)安捷倫公司的高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件，安捷倫公司將停止生產(chǎn)HFSS軟件，同時(shí)購(gòu)買60套Ansoft公司HFSS軟件，Ansoft推出v8.0版本。同年5月Ansoft公司發(fā)布了HFSS最新版本V9.0，即基于三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2005年8月Ansoft公司在美國(guó)發(fā)布HFSSV10.0.為了便于提高設(shè)計(jì)與分析效率，與現(xiàn)有版本相比，強(qiáng)化了CAD工具和其他分析工具間的配合。HFSSV10.0還新增了讀取其他分析工具結(jié)果的“DataLink”功能。能夠利用此功能，與Ansoft的信號(hào)完整性分析工具SIwave進(jìn)行協(xié)作分析。HFSSV10.0追加了芯片封裝與印制電路板的協(xié)作分析功能，減輕了波形分析的處理負(fù)荷。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，其解是頻域的，所以HFSS是由頻域到時(shí)域，對(duì)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(gè)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(gè)小區(qū)域，通過選取恰當(dāng)?shù)膰L試函數(shù)，使得對(duì)每一個(gè)單元的計(jì)算變得非常簡(jiǎn)單，通過對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行重復(fù)而簡(jiǎn)單的計(jì)算，再將其結(jié)果總和起來，便可以得到用整個(gè)矩陣表達(dá)的整個(gè)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(jiǎn)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)。AnsoftHFSS仿真軟件的應(yīng)用和特點(diǎn)AnsoftHFSS仿真軟件的應(yīng)用AnsoftHFSS仿真軟件是一個(gè)基于有限元法的電磁仿真軟件，是一個(gè)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(gè)可以完全支持基于三維電磁場(chǎng)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(shí)間。HFSS有多個(gè)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(duì)話框、工具欄、甚至菜單均可被用戶通過配置或缺省來支持個(gè)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(shí)的后處理命令。使用AsoftHFSS軟件能夠計(jì)算：基本電磁場(chǎng)數(shù)值解和開放邊界，近遠(yuǎn)場(chǎng)輻射問題。端口阻抗和傳輸常數(shù)。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)的本征模或諧振解。AnsoftHFSS的優(yōu)越性首先，其強(qiáng)大的三維建模功能為我們?cè)O(shè)計(jì)各種形狀的微波元器件稱為可能。HFSS提供了長(zhǎng)方形、圓形、直線等平面基本圖形。圓柱、圓錐、長(zhǎng)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(jiǎn)單易行。其次，HFSS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(lì)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(chǎng)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。AnsoftHFSS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(duì)各個(gè)變量進(jìn)行優(yōu)化分析。對(duì)各個(gè)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)。HFSS設(shè)計(jì)流程啟動(dòng)HFSS軟件，新建一個(gè)工程。（2）選擇求解類型。在HFSS中有三種求解類型：模式驅(qū)動(dòng)求解，終端驅(qū)動(dòng)求解和本征模求解。(3)創(chuàng)建參數(shù)化設(shè)計(jì)模型。在HFSS設(shè)計(jì)中，創(chuàng)建參數(shù)化模型包括：構(gòu)造出準(zhǔn)確的幾何模型，指定模型的材料屬性以及準(zhǔn)確地非配邊界條件和端口激勵(lì)。（4）求解設(shè)置。求解設(shè)置包括定求解頻率，收斂誤差和網(wǎng)絡(luò)剖分最大迭代次數(shù)等信息；如果需要進(jìn)行掃頻分析，還需要選擇掃頻類型并指定掃頻范圍。（5）運(yùn)行仿真計(jì)算。在HFSS中，仿真計(jì)算的過程是全自動(dòng)的。軟件根據(jù)用戶指定的求解設(shè)置信息，自動(dòng)完成仿真計(jì)算，無需用戶干預(yù)。（6）數(shù)據(jù)后處理，查看計(jì)算結(jié)果，包裹S參數(shù)，場(chǎng)分布，電流分布，諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)Q，天線輻射方向圖等。另外，HFSS還集成了Ansoft公司的Optimetrecs設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊，可以對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行參數(shù)掃描分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)諧分析，靈敏度分析和統(tǒng)計(jì)分析。利用AnsoftHFSS設(shè)計(jì)環(huán)形定向耦合器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求如下：1．輸入端口的特性阻抗50歐姆；2．輸出端口的特性阻抗50歐姆；3．中心頻率f=0.9GHz;4．頻帶0.8GHz~1.0GHz；5．散射參數(shù)兩個(gè)輸出端口3dB。仿真過程與測(cè)試結(jié)果1.運(yùn)行HFSS并新建工程，設(shè)置求解類型。設(shè)置當(dāng)前設(shè)計(jì)為終端驅(qū)動(dòng)求解類型。如圖5-1圖5-1設(shè)置求解類型2.設(shè)置默認(rèn)的長(zhǎng)度單位為毫米單位。如圖5-2圖5-2“長(zhǎng)度單位設(shè)置”對(duì)話框3.建模相關(guān)選項(xiàng)設(shè)置如圖5-3圖5-33 DModelerOptions對(duì)話框4.定義變量length。如圖5-4定義一個(gè)設(shè)計(jì)變量length，設(shè)置其初始值為24.5mm圖5-4添加設(shè)計(jì)變量5.添加新材料。如圖5-5向材料庫中添加新的介質(zhì)材料，并設(shè)置其為建模時(shí)使用的默認(rèn)材料；新添加材料的相對(duì)介電常數(shù)為2.33，介質(zhì)損耗正切為0.000429。圖5-5View/EditMaterial對(duì)話框6.創(chuàng)建帶狀線介質(zhì)層模型。圖5-6所示的對(duì)話框，對(duì)話框中輸入數(shù)字6，表示創(chuàng)建的是正六邊體模型。圖5-6SegmentNumber對(duì)話框圖5-7“屬性”對(duì)話框Command選項(xiàng)卡界面圖5-8“屬性”對(duì)話框的Attribute選項(xiàng)卡界面設(shè)置。圖5-9新建的正六邊體模型7.創(chuàng)建帶狀線金屬層模型圖5-10（a）創(chuàng)建矩形面圖5-10（b）復(fù)制矩形面圖5-10（c）創(chuàng)建模型圖5-10（d）生成完整的環(huán)形帶狀線模型圖5-10環(huán)形帶狀線生成過程8.設(shè)置環(huán)形帶狀線Trace為理想導(dǎo)體邊界如圖5-11圖5-11設(shè)置環(huán)形帶狀線Trace為理想導(dǎo)體邊界9.仿真與測(cè)試結(jié)果圖5-12環(huán)形電橋的S參數(shù)曲線結(jié)果說明：由圖5-12可以看出在0.9GHz處端口1和端口4的輸出分量分別為-7.18dB和-11.75dB，而端口2和端口3的輸出分別為-3.65dB和-5.10dB。達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。結(jié)論大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將過去，在這四年中，老師的諄諄教誨、同學(xué)無私的幫助，加上自己的刻苦努力，我掌握了大部分專業(yè)知識(shí)的理論，實(shí)際動(dòng)手能力也大為提高。在大學(xué)學(xué)習(xí)生活中，畢業(yè)設(shè)計(jì)算是對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)和動(dòng)手能力的一次綜合檢驗(yàn)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)，這是對(duì)我的理論知識(shí)的一次綜合的考驗(yàn)。通過一個(gè)學(xué)期的努力，終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間內(nèi)，我一直在不斷的學(xué)習(xí)，通過查閱各種與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，使我了解了很多從課本上面學(xué)不到的知識(shí)，很多非理論的應(yīng)用性很強(qiáng)的知識(shí)。我覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程，不僅是一個(gè)提高自己動(dòng)手能力的過程，更是證明自己大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的過程。通過對(duì)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)自己專業(yè)課的學(xué)習(xí)有了更直接、更全面的了解。在整個(gè)過程中，雖然出現(xiàn)了許多意想不到的問題，比如對(duì)理論基礎(chǔ)的掌握和AnsoftHFSS軟件的一些細(xì)節(jié)操作，但是經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)和自己琢磨，我終于還是解決了這些問題。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的之后，給我感觸最深的是，細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)是克服困難并找到出路的關(guān)鍵。因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)在調(diào)試的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些莫名其妙的錯(cuò)誤，其實(shí)這些看似很小的錯(cuò)誤，大部分是由于細(xì)節(jié)問題所引起的。所以說，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很大的教育，那就是不管以后做什么事，都要抱著務(wù)實(shí)的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。這樣才能給自己交一份滿意的答卷。致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)整整持續(xù)了近半年的時(shí)間，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。剛拿到這個(gè)課題時(shí)，覺得這個(gè)課題太難了。但是在今天回過去看看，卻十分的欣慰，因?yàn)槲页晒ν瓿闪宋业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)，克服了自己原以為很難克服的困難。這是我讀大學(xué)幾年下來工作量最大的一次，這也是對(duì)我大學(xué)幾年所學(xué)知識(shí)最好的檢驗(yàn)。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，提高了我很多的能力，比如實(shí)驗(yàn)水平、分析問題的能力、對(duì)問題執(zhí)著追求答案的毅力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等。在這期間凝結(jié)了很多人的心血，在此表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計(jì)。首先，我要特別感謝老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)期間，郭老師幫助我收集文獻(xiàn)資料，理清設(shè)計(jì)思路，并提出有效的改進(jìn)方案。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神使我受益終生。感謝班里同學(xué)給予我無私的幫助，他們對(duì)我所遇到的難題的解答讓我受益匪淺。另外，我要感謝母校所有老師與同學(xué)幾年來對(duì)我的關(guān)心與支持，感謝各位老師在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求。同時(shí)也要感謝身邊同學(xué)的熱心幫助，沒有你們的支持與關(guān)心，就沒有我今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)！參考文獻(xiàn)吳萬春，梁昌洪.微波網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1980：50~150.王新穩(wěn)，李萍.微波技術(shù)與天線[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005：3~50.吳明英，毛秀華.微波技術(shù)[M].西安:西北電訊工程學(xué)院出版社，1979：2~40.王文祥.微波工程基礎(chǔ)[M].成都:電子科技大學(xué)大功率微波真空電子學(xué)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2005：136~144.李嗣范.微波元件原理與設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社，1982：168~171.同潤(rùn)卿，李英慧.微波技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:北京理工大學(xué)出版，2004：139~165.葛義榮.定向耦合器在微波傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用[M].北京:航空計(jì)測(cè)技術(shù)，2001：32~33.周萌.帶狀線定向耦合器的分析與設(shè)計(jì).西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009：1~5.[9]廖承恩.微波技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1995：100~330.[10]石德萬.波導(dǎo)—帶狀線—同軸線定向耦合器的研究[D].電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.[11]CohnSB.Shieldcoupled-striptransmissionline.IRETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，1955，MTT-3(10)：29~38.[12]CohnSB.CharacteristicImpedancesofbroadside-coupledstriptransmissionlines.IRETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，1960，MTT-8(11)：633~637.附錄一、傳播的TEM特性1.相速度、傳播常數(shù)和波導(dǎo)波長(zhǎng)帶狀線中傳輸?shù)腡EM模，則相速度與頻率無關(guān)，為式（1-1）傳播常速為式（1-2）波導(dǎo)波長(zhǎng)或帶狀線波長(zhǎng)為式（1-3）式中為自由空間波長(zhǎng)。2.特性阻抗及最高工作頻率1）導(dǎo)體厚度為零的帶狀線特性阻抗可由其單位長(zhǎng)度電容來求得，即式（1-4）其中L和C是傳輸線單位長(zhǎng)度的電感和電容，因此若知C就能求出零厚度帶狀線的特性阻抗。Cohn最先用保角變換方法求得零厚度導(dǎo)體帶狀線的特性阻抗。用保角變換方法求解上述拉普拉斯方程過程復(fù)雜，且解中包含橢圓函數(shù)，不便于工程應(yīng)用。對(duì)于實(shí)際計(jì)算，已經(jīng)通過對(duì)于精確解的曲線擬合得到了簡(jiǎn)單的公式。根據(jù)線寬W和高度b求特性阻抗?？紤]到邊緣場(chǎng)的影響，中心導(dǎo)體的寬度應(yīng)加寬，其效果相當(dāng)于導(dǎo)體兩端加段圓弧，以半徑R表示，則導(dǎo)體寬度應(yīng)增加為，一般取R=0.2205b，這樣導(dǎo)體寬度就變成W+0.441b。導(dǎo)體與地板之間的單位長(zhǎng)度電容應(yīng)為式（1-5）帶狀線的單位電容則為