HFSS环形定向耦合器设计实例

HFSS中仿真设计3.4Ghz分支线耦合器
时间：2015-08-16 来源：天线设计网作者：admin TAGS：hfss耦合器定
向耦合器
定向耦合器是一种有方向性的功率耦合器件，在射频系统中有着广泛的应用，如功率监控系统、测试系统、功率分配系统等。

定向耦合器是一个四端口网络，它有输入端（端口1）、直通端（端口2）、耦合端（端口3）和隔离端（端口4)。

当信号从输入端输入时，除了一部分功率直接从直通端输出外，[天线设计网同时还有一部分功率耦合到耦合端输出，但不会从隔离端输出。

小编今天带给大家的是在[天线设计网]hfss中仿真设计频率为3.4GHz的分支线耦合器。

step1：首先根据设计频率以及介电常数，确定分支线长度。

step2：端口一般都选用标准的50欧姆微带线。

step3：设置端口顺序，可以按照上图的顺序。

step4：仿真设计，查看结果，优化方案。

（a）在hfss中建立模型
（b）设置端口顺序。

（1是数输入端，2是直通端口，3是耦合端口，4是隔离端口）
（c）一些重要参数
（d）仿真结果S11
s12
S13
S14
（e）场分布图
（f）模型下载
耦合器模型
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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日目录一、实验目的 (1)二、设计任务 (1)三、设计思路 (2)四、注意事项 (2)五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2)5.1 分支定向耦合器简介 (2)5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (2)5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 (2)5.2.2 HFSS设计简介 (3)5.2.3 HFSS设计环境概述 (3)5.3 新建HFSS工程 (4)5.4 创建分支定向耦合器模型 (4)5.4.1 设置默认的单位长度 (4)5.4.2 定义变量 (4)5.4.3 添加新材料 (5)5.4.4 创建带状线金属层模型 (6)5.4.5 创建带状线介质层模型 (7)5.5 分配边界条件和激励 (8)5.6 求解设置 (9)5.6.1 单频求解设置 (9)5.6.2 扫频设置 (9)5.7 设计检查和运行仿真分析 (10)5.8 查看仿真分析结果 (11)5.8.1 查看S参数扫频结果 (11)5.9 分支定向耦合器的优化分析 (11)5.9.1 新建一个优化设计工程 (12)5.9.2 参数化分析设置和仿真分析 (12)5.9.3 查看参数化分析结果 (13)5.9.4 优化设计的设置和仿真分析 (13)5.9.5 查看优化结果 (15)5.9.6 优化后的S参数扫频结果 (15)5.9.7 优化后的场分布图 (16)5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (16)六、加分项 (17)6.1 二阶分支定向耦合器建模 (17)6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (18)一、实验目的●了解分支定向耦合器电路的原理及设计方法。

●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。

HFSS电磁仿真设计实验报告仿真项目：HFSS环形定向耦合器设计专业班级：姓名：学号：仿真项目：HFSS环形定向耦合器设计一、建模：CreateRegularPolyhedron:0mm,0mm,-1.143mm StartPosit: length/cos(30deg) ,0mm ,-1.143mm Axis: Z Height:2.286 CreateCircle:Center Position:0 ,0 ,0 Axis:Z Radius:12.22mmName Value Unit "Evaluated Value" DescriptionCreateRectangle:Position:-0.869mm , 0mm , 0mm Axis:Z XSize:1.781.78mm Y Size:lengthName Value Unit "Evaluated Value" DescriptionCreateCircle:Center Position:0mm , 0mm , 0mm Axis:Z Radius:11.24mm二、仿真结果：S参数随频率变化的关系曲线图：查看1GHz频点的S矩阵Freq S:T1 S:T2 S:T3 S:T41(GHz) T1（0.56306,123）（0.48639,-69.1）(0.52081,-99.5）（0.41649,-78.1）T2（0.48639,-69.1) (0.44688,105) (0.53953,-99.2）(0.52031,-99.6）T3(0.52081,-99.5）(0.53953,-99.2）(0.44593,106）（0.48674,-69.1）T4(0.41669,-75.6）(0.52031,-99.6）（0.45674,-69.5) (0.56323,123）三、对建模结果的改变及结果改变：把每个端口的传输线长度设置为0.2mm结果：传输线的改变仿真结果与理论分析结果一致Freq S:T1 S:T2 S:T3 S:T44(GHz) T1（0.56738,168）（0.4816,-26.3）(0.5165,-53.9）（0.4225,-35.4）T2（0.48167,-26.3) (0.45832,153) (0.53878,-54）(0.51646,-53.9）T3(0.5165,-53.9）(0.53878,-54）(0.45879,153）（0.48118,-26.4）T4(0.4225,-35.4）(0.51646,-53.6）（0.48118,-26.4) (0.56783,168）四、实验心得：这个实验数据较多，所以更要小心仔细，来防止出差错，对建模结果的改变及结果，也符合预期。

hfss耦合器仿真设计范例-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在HFSS耦合器仿真设计范例这篇文章中，我们将介绍HFSS耦合器的原理和仿真设计步骤。

HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种电磁场仿真软件，广泛应用于高频电磁场仿真领域。

耦合器作为一种重要的电路元件，在无线通信和微波领域具有广泛的应用。

通过仿真设计，我们可以模拟和优化耦合器的性能，以满足实际工程需求。

本篇文章的主要目的是通过以HFSS为工具，详细介绍耦合器的仿真设计过程。

首先，我们将在理论背景部分介绍一些基本的电磁场理论知识，包括电磁波的传输和耦合原理。

随后，在HFSS耦合器的原理部分，我们将重点讲解HFSS软件在耦合器仿真中的应用。

接下来，我们将详细介绍HFSS耦合器的仿真设计步骤。

这包括建立仿真模型、设置边界条件和材料属性、定义仿真参数等。

我们还将介绍如何通过改变耦合器的几何参数来优化性能，如改变耦合间隙、调整导体尺寸等。

通过仿真结果的分析和对比，我们可以评估不同设计参数对耦合器性能的影响，并提出设计优化建议。

最后，在结论部分，我们将对实验结果进行分析和总结。

通过对仿真数据的分析，我们可以得出一些结论，如耦合器的带宽、传输损耗等。

同时，我们也会给出一些建议，如如何改善耦合器性能或进一步优化仿真设计。

通过本文的学习，读者将了解到HFSS耦合器的原理和仿真设计步骤，并能够利用HFSS软件进行仿真设计。

这不仅对于从事无线通信和微波领域研究的工程师和学者有重要意义，同时也对于对电磁场仿真感兴趣的读者有一定的参考价值。

在实际工程应用中，通过仿真设计可以节省成本和时间，同时提高产品性能和可靠性。

因此，熟练掌握HFSS耦合器的仿真设计方法对于工程实践具有重要的指导意义。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下信息：文章结构部分的主要目的是介绍整篇文章的组织方式，以及各个章节的内容概述。

通过对文章结构的明确介绍，读者可以更好地理解整篇文章的逻辑架构，有助于他们更好地理解和接受文章的内容。

单位代码： 10293 密 级：硕 士 学 位 论 文论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士二零一五年三月学 科 专业 研 究 方向 申请学位类别 论文提交日期摘要定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。

特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。

但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。

本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。

论文的主要工作和创新点包括：（1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。

这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。

（2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。

（3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。

在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。

关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽AbstractReader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include:(1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation.(2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased.(3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation.Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景与意义 (1)1.2 RFID系统基本介绍 (1)1.3 RFID系统现状和进展 (3)1.3.1 RFID系统使用现状 (3)1.3.2 RFID系统中读写器收发隔离技术的重要程度 (3)1.4本文的主要工作及内容安排 (4)第二章定向耦合器基本原理 (6)2.1 定向耦合器工作原理 (6)2.1.1 定向耦合器基本特性 (6)2.1.2 定向耦合器理论分析 (7)2.1.3 定向耦合器的技术指标 (9)2.2 常见定向耦合器的介绍 (10)2.2.1 平行耦合线定向耦合器 (11)2.2.2 波导定向耦合器 (11)2.2.3 分支线定向耦合器 (13)2.2.3 环形定向耦合器 (14)2.3 3dB微带分支线定向耦合器理论分析 (15)2.4 本章小结 (18)第三章带短路支节双分支线定向耦合器设计 (19)3.1 3dB双分支线定向耦合器设计 (19)3.1.1 3dB双分支线定向耦合器ADS仿真 (19)3.1.2 微带线理论分析 (21)3.1.3 3dB双分支线定向耦合器建模与结果分析 (23)3.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器设计 (26)3.2.1 3dB带短路支节双分支线定向耦合器的工作原理 (27)3.2.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器建模与仿真 (29)3.2.3 相关参数优化与结果分析 (31)3.2.4 两款定向耦合器对比分析 (38)3.3 本章小结 (40)第四章实物测试与结果分析 (41)4.1 实物加工与测试 (41)4.2 测试结果与仿真结果分析 (44)4.3 本章小结 (47)第五章改进型微带分支线定向耦合器设计 (48)5.1 3dB微带三分支线型定向耦合器设计 (48)5.1.1 3dB微带三分支线定向耦合器ADS仿真 (48)5.1.2 3dB微带三分支线定向耦合器建模与仿真 (51)5.2 3dB带短路支节三分支线定向耦合器设计 (54)5.2.1 3dB带短路支节三分支线定向耦合器建模与仿真 (54)5.2.2 参数优化与结果分析 (56)5.2.3 3dB带短路支节双分支线和3dB带短路支节三分支线定向耦合器对比分析 (60)5.3 本章小结 (61)第六章总结与展望 (62)参考文献 (64)第一章绪论1.1研究的背景与意义无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它的主要特征是运用射频信号和空间耦合传输特性，达到对被识别物体的自动识别[1]。

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 (2)5.1 分支定向耦合器简介 (2)5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (2)5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 (2)5.2.2 HFSS设计简介 (2)5.2.3 HFSS设计环境概述 (3)5.3 新建HFSS工程 (3)5.4 创建分支定向耦合器模型 (3)5.4.1 设置默认的单位长度 (3)5.4.2 定义变量 (4)5.4.3 添加新材料 (4)5.4.4 创建带状线金属层模型 (5)5.4.5 创建带状线介质层模型 (6)5.5 分配边界条件和激励 (7)5.6 求解设置 (8)5.6.1 单频求解设置 (8)5.6.2 扫频设置 (9)5.7 设计检查和运行仿真分析 (10)5.8 查看仿真分析结果 (10)5.8.1 查看S参数扫频结果 (10)5.9 分支定向耦合器的优化分析 (11)5.9.1 新建一个优化设计工程 (11)5.9.2 参数化分析设置和仿真分析 (11)5.9.3 查看参数化分析结果 (12)5.9.4 优化设计的设置和仿真分析 (13)5.9.5 查看优化结果 (14)5.9.6 优化后的S参数扫频结果 (15)5.9.7 优化后的场分布图 (15)5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (15)六、加分项 (16)6.1 二阶分支定向耦合器建模 (16)6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (17)一、实验目的●了解分支定向耦合器电路的原理及设计方法。

●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。

基于HFSS分支定向耦合器设计基于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日目录一、实验目的 (1)二、设计任务 (1)三、设计思路 (2)四、注意事项 (2)五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2)5.1 分支定向耦合器简介 (2)5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (3)5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 . 35.2.2 HFSS设计简介 (4)5.2.3 HFSS设计环境概述 (4)5.3 新建HFSS工程 (5)5.4 创建分支定向耦合器模型 (6)5.4.1 设置默认的单位长度 (6)5.4.2 定义变量 (7)5.4.3 添加新材料 (8)5.4.4 创建带状线金属层模型 (9)5.4.5 创建带状线介质层模型 (10)5.5 分配边界条件和激励 (11)5.6 求解设置 (13)5.6.1 单频求解设置 (13)5.6.2 扫频设置 (14)5.7 设计检查和运行仿真分析 (15)5.8 查看仿真分析结果 (16)5.8.1 查看S参数扫频结果 (17)5.9 分支定向耦合器的优化分析 (18)5.9.1 新建一个优化设计工程 (18)5.9.2 参数化分析设置和仿真分析195.9.3 查看参数化分析结果 (21)5.9.4 优化设计的设置和仿真分析225.9.5 查看优化结果 (24)5.9.6 优化后的S参数扫频结果.. 255.9.7 优化后的场分布图 (26)5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (26)六、加分项 (28)6.1 二阶分支定向耦合器建模 (28)6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (29)一、实验目的●了解分支定向耦合器电路的原理及设计方法。

●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。

实验二：环形定向耦合器仿真场分析实验目的：掌握带状线的设置、理解和分析环形定向耦合器的结构和原理。

实验内容：利用HFSS软件设计一个环形定向耦合器，此环形耦合器使用带状线结构。

耦合器的工作频率为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。

实验原理：此环形耦合器使用带状线结构，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触，所以采用波端口激励，且端口负载阻抗设置为50欧姆。

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薄导体来实现，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；带状线的金属层位于介质层的中央。

在 HFSS 中，与背景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须额外指定，直接使用默认的理想导体边界即可。

实验步骤及结果：一、新建工程设置1.插入HFSS设计2.设置求解类型3.设置默认的长度单位从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令4.建模相关选项设置（使得建立三维模型之后弹出属性窗口）从主菜单栏中选择【Tools】→【Options】→【Modeler Options】5.定义变量 length从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令点击Add按图填入相应的值然后点击OK点击‘确定’6.添加新材料从主菜单栏中选择【Tools】→【Edit Configured Libraries】→【Materials】命令点击按图填入相应的值，然后点击ok选择My_Sub，点击‘确定’，就把My_Sub设置成默认的选用材料7.创建带状线介质层模型随便设置一个圆 , 按图输入，创建一个正六边形柱体，点击OK跳出属性界面，按图输入，点击‘确定’缩放到合适的大小，可以得到下图8.创建带状线金属层模型随便画一个矩形，按下图设置属性双击,打开矩形属性界面,按下图设置属性，然后点击‘确定’单击选择Trace单击Duplicate Around Axis按下图设置，然后点击OK,就可复制粘贴Trace，跳出界面，直接点击‘确定’这样就复制粘贴创建成功,随便画一个画圆，按图选择及设置属性，点击‘确定’合并，按住ctrl,依次选择Trace, Trace1, Trace2, Trace3,Outer，点击Unite得到下图减去，随便画一个圆，按下图设置属性按下ctrl依次选择Trace和Circle1,点击Subtract点击OK,得到下图9．设置环形带状线 Trace 为理想导体边界,直接点击OK10．设置耦合器四个端口为波端口激励,按下F键进入面选模式选择这个面，右键进行下面操作按左图修改属性，点击OK按图上顺序依次对其他三个端口进行同样操作。

北京邮电大学世纪学院毕业设计(论文题目环形定向耦合器的仿真设计学号学生姓名专业名称通信与信息工程所在系（院）通信工程指导教师2012年 5 月 27 日北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）任务书备注1、由指导教师撰写，可根据长度加页，一式三份，教务处、系（院）各留存一份，发给学生一份，任务完成后附在论文内；2、凡审核不通过的任务书，请重新申报。

北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）诚信声明本人声明所呈交的毕业设计（论文），题目《耦合线定向耦合器的仿真实现》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名：日期：毕业设计（论文）使用权的说明本人完全了解北京邮电大学世纪学院有关保管、使用论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存论文；③学校可允许论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容。

本人签名：日期：指导教师签名：日期：题目环形定向耦合器的仿真设计摘要定向耦合器可以有很多种实现方式，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，本文利用了带状线来实现定向耦合器。

定向耦合器是一种四端口器件，且各个端口均是匹配的。

它是在微波与雷达馈线技术中广泛应用的元件之一。

环形定向耦合器的各项指标包括耦合度、隔离度、方向性、输入驻波比、频带宽度等。

本文主要实现的是一个中心频率为0.9GHz 的带状线定向耦合器，其频率带宽为0.8GHz ~1.0 GHz，耦合度为3dB ，结合微波网络散射矩阵的计算，根据所给定的仿真软件设计指标，以及题目要求，确定耦合器的类型、结构，利用HFSS 仿真软件来设计出带状线定向耦合器的电路模型，并根据定向耦合器的S 参数进行仿真，并达到预期的设计要求。

注意：此视频里面有个错误，正六面体的参数视频里面是：Start Position：length/cos(30deg) ,0mm ,0mm；应该是Start Position：length/cos(30deg) ,0mm ,-1.143mm。

如果不更改的话，后面没有办法添加端口设置内容概述环形定向耦合器的简介耦合器尺寸计算HFSS设计实现该实例的HFSS设计环境1.重命名为RingHybirid，设计文件为Coupler2.修改求解类型为：终端求解3.设置长度单位为：mm4.定义变量length：24.5mm（表示传输线终端到圆心的距离）5.添加新材料My_Sub：介电常数：2.33；损耗正切：0.0004296.创建正六边体6.1创建6.2修改六边形属性6.3修改六边形参数：此处视频里面有个错误：Start Position：length/cos(30deg) ,0mm ,0mm；应该是Start Position：length/cos(30deg) ,0mm ,-1.143mm。

如果不更改的话，后面没有办法添加端口设置7.创建环形带状线7.1建模过程7.2创建矩形面7.2.1创建7.2.2修改属性7.2.3修改参数7.3复制7.4创建圆面7.4.1创建7.4.2修改属性和参数7.5合并7.6创建小圆面7.6.1创建7.6.2修改属性和参数7.7相减8.设置边界条件9.分配端口激励9.1要求：将四个端口设置为波端口激励9.2设置端口19.2.1选中表面9.2.2设置波端口激励9.2.3改名为T19.3设置端口29.4设置端口39.5设置端口410.添加求解设置：频率4GHz；最大迭代次数：2011.添加扫频设置：Fast；1-7GHz，0.05GHz12.检查设计的完整性和正确性13.查看1-7GHz扫频结果13.1标记特殊点查看4GHz频点S参数矩阵。

基于HFSS分支定向耦合器设计基于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日目录一、实验目的 (1)二、设计任务 (1)三、设计思路 (2)四、注意事项 (2)五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2)5.1 分支定向耦合器简介 (2)5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (3)5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 . 35.2.2 HFSS设计简介 (4)5.2.3 HFSS设计环境概述 (4)5.3 新建HFSS工程 (5)5.4 创建分支定向耦合器模型 (6)5.4.1 设置默认的单位长度 (6)5.4.2 定义变量 (7)5.4.3 添加新材料 (8)5.4.4 创建带状线金属层模型 (9)5.4.5 创建带状线介质层模型 (10)5.5 分配边界条件和激励 (11)5.6 求解设置 (13)5.6.1 单频求解设置 (13)5.6.2 扫频设置 (14)5.7 设计检查和运行仿真分析 (15)5.8 查看仿真分析结果 (16)5.8.1 查看S参数扫频结果 (17)5.9 分支定向耦合器的优化分析 (18)5.9.1 新建一个优化设计工程 (18)5.9.2 参数化分析设置和仿真分析195.9.3 查看参数化分析结果 (21)5.9.4 优化设计的设置和仿真分析225.9.5 查看优化结果 (24)5.9.6 优化后的S参数扫频结果.. 255.9.7 优化后的场分布图 (26)5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (26)六、加分项 (28)6.1 二阶分支定向耦合器建模 (28)6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (29)一、实验目的●了解分支定向耦合器电路的原理及设计方法。

●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。

北京邮电大学世纪学院毕业设计(论文)题目环形定向耦合器的仿真设计北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）任务书备注1、由指导教师撰写，可根据长度加页，一式三份，教务处、系（院）各留存一份，发给学生一份，任务完成后附在论文内；2、凡审核不通过的任务书，请重新申报。

北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）诚信声明本人声明所呈交的毕业设计（论文），题目《耦合线定向耦合器的仿真实现》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名：日期：毕业设计（论文）使用权的说明本人完全了解北京邮电大学世纪学院有关保管、使用论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存论文；③学校可允许论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容。

本人签名：日期：指导教师签名：日期：题目环形定向耦合器的仿真设计摘要定向耦合器可以有很多种实现方式，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，本文利用了带状线来实现定向耦合器。

定向耦合器是一种四端口器件，且各个端口均是匹配的。

它是在微波与雷达馈线技术中广泛应用的元件之一。

环形定向耦合器的各项指标包括耦合度、隔离度、方向性、输入驻波比、频带宽度等。

本文主要实现的是一个中心频率为0.9GHz的带状线定向耦合器，其频率带宽为0.8GHz~1.0 GHz，耦合度为3dB，结合微波网络散射矩阵的计算，根据所给定的仿真软件设计指标，以及题目要求，确定耦合器的类型、结构，利用HFSS仿真软件来设计出带状线定向耦合器的电路模型，并根据定向耦合器的S参数进行仿真，并达到预期的设计要求。

实验七微波环形器实验一实验目的1.掌握微波环形器的工作原理和特性。

2.掌握用网络分析仪测量环形器的特性参数的方法。

二实验原理1环形器的基本原理环形器又叫隔离器的突出特点是单向传输高频信号能量。

它控制电磁波沿某一环行方向传输。

这种单向传输高频信号能量的特性，多用于高频功率放大器的输出端与负载之间,起到各自独立，互相“隔离”的作用。

负载阻抗在变化甚至开路或短路的情况下都不影响功放的工作状态，从而保护了功率放大器。

环形器单向传输的原理，是由于采用了铁氧体旋磁材料。

铁氧体是由铁氧化物和金属氧化物混合烧结后制成的黑褐色陶瓷状磁介质材料（又称黑磁）。

和金属材料相比它具有很高的电阻率（约107～1011Ω*cm），就其导电性能而言铁氧体接近绝缘体，因而电磁波可以伸入到铁氧体内部产生磁效应。

微波电磁波在其内传输介质损耗很小，这是比金属可贵的一种特性，也是与其它铁氧体材料的重要区别。

铁氧体这一特性在微波元器件中得到广泛的应用。

铁氧体材料在外加高频波场与恒定直流磁场共同作用下，产生旋磁特性（又称张量磁导率特性）。

正是这种旋磁特性，使在铁氧体中传播的电磁波发生极化的旋转（法拉第效应），以及电磁波能量强烈吸收（铁磁共振），正是利用这个旋磁现象，制做出结型隔离器、环形器。

它具有体积小、频带宽、插损小等特点，因而应用十分广泛。

图7－1是环形器的结构示意图，它采用结型带线结构。

环形器端口由带线转为同轴线，通过正确的设计，可使样品结与同轴线有良好的匹配，满足环形器各种性能的要求，当在负载失配的情况下，反射能量将流到外接的吸收电阻上，能量被电阻所吸收。

图7－1环形器结构示意图2 环形器的性质如图7－1所示的环形器的结构示意图。

三个完全相同的波导互成1200的角度，在结的中心安置了一个圆柱形（或圆盘形）的铁氧体块。

在外加恒定磁场H 0的作用下，铁氧体被磁化，若铁氧体尺寸合适，外磁场H 0（低磁场）也选取合适 ，这样，就构成了一个环形器。

电子科技大学中山学院电子工程系学生实验报告课程名称HFSS电磁仿真实验实验名称实验3-环形电桥定向耦合器班级，分组14无线技术实验时间 2017年03月14日姓名，学号指导教师袁海军报告内容一、实验目的通过带状线环形耦合器的分析，讲解HFSS设计微波器件的全过程。

熟练掌握HFSS的分析方法和波形仿真。

二、实验原理和电路说明三、实验内容和数据记录1）建立新的工程为了方便创建模型，在Tools>Options>HFSS Options中将Duplicate boundaries with geometry复选框选中。

2）设置求解类型（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。

（2）如图5_1_37所示，在弹出的Solution Type窗口中：（a）选择Driven Modal。

（b）点击OK按钮。

图5_1_37设置求解类型3）设置模型单位（1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。

（2）设置模型单位：（a）如图5_1_38所示，在设置单位窗口中选择mm。

（b）点击OK按钮。

图5_1_38设置单位4）设置模型的默认材料（1）在工具栏中设置模型材料的下拉菜单中点击Select，如图5_1_39所示。

在设置材料窗口中点击Add Material按钮，在弹出的如图5_1_40所示的对话框中设置自定义材料。

图5_1_39选择材料图5_1_40自定义材料特性（2）在EditMaterial窗口中：（a）设置相对介电常数（Relative Permittivity）为2.33，其他值保持默认值。

（b）将材料的名字命名为My_Sub。

图5_1_41建立介质基片（2）建立Trace：（a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle。

（b）在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：_0.89154，Y：0.0，Z：0.0按回车键结束输入。

（c）在坐标输入栏中输入长、宽：图5_1_42建立Trace（3）为Trace设置理想金属边界条件。

HFSS仿真耦合器使用说明一．软件安装1．打开\HFSS92\Max文件夹，运行autorun，选择install HFSS进行安装。

2．安装完毕打开\HFSS92\Ansoft.HFSS.V9.2.Crack-EFA文件夹，运行破解。

二．HFSS界面介绍三．启动HFSS并设置1．点击桌面HFSS图标启动HFSS。

如图：2．新建一个项目文件。

选择菜单file>new，从project菜单选择insert HFSS design。

这时三维模型窗口出现。

3．设置解的类型。

选择菜单HFSS>solution type，点选第一项Driven Model。

4．设置长度单位。

选择菜单3D Modeler>Units。

选择下拉列表单位mm。

四．创建物理结构图形（参考同类产品尺寸或相关设计资料计算）1．点击画矩形图标，在右下方输入起始点坐标X：0，Y：0，Z：0，回车。

输入长度、宽度DX：2.05，DY：21.4，DZ：0，回车。

这时弹出窗口，选择attribute标签设置name为u1，点确定关闭。

选择View> Fit All>Active View或者按ctral＋D键，在窗口内预览全部图形。

2．点击画矩形图标，输入起始点坐标X：2.05，Y：21.4，Z：0，回车。

输入长度、宽度DX：-1.86，DY：21.4，DZ：0，回车。

这时弹出窗口，选择attribute标签设置name为u2，点确定关闭。

选择View> Fit All>Active View或者按ctral＋D键，在窗口内预览全部图形。

3．点击画矩形图标，输入起始点坐标X：3.8，Y：0，Z：0，回车。

输入长度、宽度DX：2.05，DY：20.4，DZ：0，回车。

这时弹出窗口，选择attribute标签设置name为d1，点确定关闭。

选择View> Fit All>Active View或者按ctral＋D键，在窗口内预览全部图形。

- 42 - Ansoft2004年用户通讯一种定向耦合器的HFSS 软件设计张则伟中国电子科技集团公司第三十六研究所（314001）摘要：本文论述了用HFSS8.0高频电磁场仿真软件设计2倍频的一种垂直设置平面电路(VIP)定向耦合器的过程。

在软件仿真中通过宏命令修改一些设计参数，很容易找到一种结果较理想的参数，并实际设计出一种能满足要求的定向耦合器，大大缩短工程应用时间。

关键词：HFSS8.0 定向耦合器 紧耦合一. 设计前提本人在工程设计中需用到一种紧耦合的宽带定向耦合器，要求一种结构非常小巧、制作非常简单和成本较低的3dB 定向耦合器。

而微带线耦合器在耦合大于10dB 时，两根微带线要靠得非常近，很难实现，交指耦合器实际制作太麻烦，分支线耦合器体积太大。

而VIP 定向耦合器就具有体积小巧、制作简单，成本也很低，它的基本结构是垂直设置在主带线电路上的耦合带线，其中主基片可选用如环氧玻璃之类较便宜的材料，垂直部分采用高Q 基片，通过改变垂直基片的介电常数和厚度，可以控制其耦合度大小。

二. 软件仿真与实际设计VIP 定向耦合器的模型结构如图1所示。

在VIP 定向耦合器设计中要用到的相关参数见图2所示，其中，t1为主基片厚度，t2为垂直基片厚度，h 为耦合带线高度，εr1为主基片介电常数，εr2为垂直基片介电常数。

在HFSS 仿真时，我们选取主基片为环氧板其εr1=5.0，t1=1.0mm ，垂直基片为聚四氟乙烯板其εr2=2.15，对多组t2和h 进行计算分析，最后为达到想要的频段和耦合值，取t2=0.5 mm ，h=2.2 mm 。

HFSS 仿真结构如图3所示，其中S11为输入端反射系数，S12为隔离度，S13为耦合度，S14为主路损耗。

从图3可以知道此定向耦合器的性能不错，在2个倍频内的耦合幅度变化小于0.6dB ，定向性在整个频段也超过20dB ，我们按照这组参数实际制作了一个模型，测得的数据如图4所示。