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HFSS学习笔记—11.环形定向耦合器分析

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  • 环形定向耦合器是由周长为3/2个导波波长的闭合圆环和4个输入输出传输线相连接而构成的,与圆环相连接的4根传输线的特征阻抗为Zo ,圆环的特征阻抗为根号二倍Zo,端口①到②、①到④、③到④之间的长度为1/4个导波波长,端口②到③之间的长度为3/4个导波波长
  • 当微波信号由端口①输入,端口②、③、④皆接匹配负载时,输入信号功率可以等分成两部分,分别由②、④两个端口输出,端口③无信号输出,①和③两个端口彼此隔离

耦合器尺寸

  • 设计的环形耦合器使用带状线结构。耦工作频率为4GHz,带状线介质层厚度为2.286mm,介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429;带状线的金属层位于介质层的中央;端口负载皆为标准的50Ω
  • 查看工作频率4GHz时的S参数矩阵结果,1~7GHz时S参 数扫频结果
  • 特征阻抗Zo = 50Ω时对应的带状线宽度W1=1.78mm
  • 特征阻抗Zo = 70.7Ω时对应的带状线宽度W2=0.98mm
  • 导波波长为λ = 49.13mm
  • 圆环的半径R1 = 1.5λ/(2pi)= 11.74mm
  • 圆环的内径R2 = R1 – W2/2 = 11.24mm
  • 圆环的外径R3 = R1 + W2/2 = 12.22mm
  • 4根带状传输线的长度是1/4个导波波长,即λ/4 = 12.28mm
  • 与圆环相连接的4根带状传输线长度取1/4个波长,即12.28mm,圆环外径为12.22mm,因此传输线终端到圆心的距离为245mm,正六边体的外接圆半径设置为24. 5/cos(30°)mm。
  • 为了能自由改变端口传输线的长度,定义一个变量length表示传输线终端到圆心的距离,变量的初始值取24.5mm。

设计要求

  • 求解类型:终端驱动求解
  • 模型原型:正多边体、矩形面、圆面
  • 模型操作:复制操作、合并操作、相减操作
  • 边界条件:理想导体边界
  • 端口激励:波端口激励
  • 求解频率: 4GHz
  • 扫频设置:快速扫频,频率范围为1~7GHz
  • 后处理:S参数扫频曲线、S矩阵

设计分析

1.设置工作环境

1.设置求解类型

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2.设置长度单位

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3.定义变量

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4.添加介质材料

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2.创建模型

1.创建正六边体

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2.创建微带线

1.创建微带线:

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2.创建外圆面:

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3.合并操作:

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4.创建内圆面:

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5.相减操作:

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3.边界条件和激励

1.理想导体边界条件

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2.波端口激励

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4.设置求解分析项

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5.仿真分析结果

仿真运行后:

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查看参数矩阵:

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