微波技术实验同轴线仿真

微波技术虚拟实验报告一、实验名称微波低通滤波器二、设计要求设计一个切比雪夫式微波低通滤波器，技术指标为：截止频率f c=2.2GHz，在通带内最大波纹L Ar=0.2dB，S11小于-16dB；在阻带频率f s=4GHz处，阻带衰减L As是不小于30 dB。

输入，输出端特性阻抗Z0=50Ω。

方法一：用微带线实现，基片厚度H=800um，T=10um，相对介电常数εr=9.0；高阻抗线特性阻抗Zoh =106Ω，低阻抗线Z01=10Ω。

方法二：用同轴线实现，其外导体直径为D0=16mm；高阻抗线特性阻抗Zoh=138Ω；低阻抗线内，外导体间相对介电常数εr =2.54，低阻抗线特性阻抗Z01=1。

确定滤波器的结构尺寸，测量滤波器的参数S11，S21，进行适当调节，使之达到最佳。

记录滤波器的最终结构尺寸，总结设计，调节经验。

三、实验仪器硬件：PC机软件：Microwave Office软件四、设计步骤1.确定原型滤波器生成原形滤波器时，在参数定义页设置N:5 元件数目为5；FC:2.2 截止频率为2.2GHz；PP:Ripple(dB) 带内参数为波纹衰减PV:0.2 波纹衰减值为0.2dBRS:50 输入端特性阻抗为50ΩRL:50 输出端特性阻抗为50Ω生成名为Fliter的原形滤波器的原理图，以及相关的测量图，优化项。

最终得到电路图，如下所示：设置工作频率，分析后得到滤波器相应结果，包括S11，S21参数。

设置优化目标，即f <2.2GHz时，S11<-16dB，S21 >-0.2dB; f >4GHz, S21<-30Db;目标设定完成后进行优化。

优化结束后，得到滤波器相应结果，包括S11，S21参数，如下图所示：五、实验数据记录1.根据优化结果，将原型滤波器的各个已优化的参数值填入表1，如下所示：2.计算滤波器的实际尺寸(1)微带线结构○1高阻抗线先计算高抗阻线的宽度。

MEMS射频同轴线的仿真与工艺研究高荣惠;赵龙;崔建利;张斌珍【摘要】以SU-8方形柱作为支撑衬底,初步设计中心频率为38 GHz空气填充的微型矩形同轴线,通过HFSS电磁仿真软件对设计的结构进行模拟仿真与优化,并结合实际加工工艺和测试条件,最终确定中心同轴的横截面为200 μm×200μm,外壁内表面的横截面为500 μm× 500 μm,对支撑衬底尺寸进行最优化模拟仿真,确定SU-8矩形支撑衬底宽度为200 μm.采用SU-8紫外光刻工艺并结合铜的电镀工艺进行微型同轴线结构的加工.利用微波探针测试台对其传输性能进行测试,测试结果显示该微型同轴线在中心频率处回波损耗S11在-30 dB以下,插入损耗S12参数为-0.3 dB.该工艺方法加工的同轴传输线具有带宽大、介质损耗小、辐射损耗小和抗干扰强等优点,可用于高性能射频和微波电路.另外,它的制作工艺可与其他射频和微波器件及集成电路工艺兼容,便于与射频和微波电路集成.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】6页(P713-718)【关键词】同轴传输线;光刻;电镀;SU-8;RF MEMS【作者】高荣惠;赵龙;崔建利;张斌珍【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TH7030 引言随着射频（RF）、微波技术的迅速发展，国际上诸多知名科研机构和高校都将RF MEMS视为重点研究方向.RF MEMS技术中多采用的是平面电路技术，其中的射频、微波信号传输及器件互联多采用微带、共面波导、带状线等平面传输线［1］，当集成度较高时，这些传输、互联技术就暴露出诸多弊端：插入损耗与线间耦合较大、功率容量小、色散严重等，很难进一步实现射频和微波电子系统的小型化与微型化，严重限制了其在微型射频／微波电子系统中的应用.同轴传输线结构紧凑、低损耗和低色散的特性使得其在射频微波无源电路设计领域迅猛发展，微机电系统加工技术的研究进展也为矩形同轴线的应用提供了充足的机会［2-3］.美国国防部先进研究项目局一直在大力资助企业和高校进行三维射频和微波集成通用平台的搭建，互联技术主要采用的就是同轴传输线，目前他们已实现了部分基于同轴传输线的射频微波器件在三维片上的集成.Novotronics公司所加工的四通道MMIC平台和天线馈电网络中微波器件的设计与互联也均采用的是同轴传输线［4］.为了提高通信系统的传输能量，减小系统尺寸，微波器件的尺寸变得越来越小，作为信号传输的重要途径，射频系统也逐渐向微型化转变.微型射频同轴线可以实现微集成射频器件的互联，亦可实现多层射频集成模块的互联，其作为基础器件是射频系统不可或缺的部分，受到越来越多的的关注.国内部分研究单位和高校开展了基于LIGA和准LIGA工艺的RF MEMS器件三维微加工方面［5-7］的研究，但目前国内对于以同轴互联的射频和微波器件以及三维PCB平台的设计和制造方面的三维微加工技术的研究工作还处于初级阶段.本文旨在设计一种以SU-8方形柱作为衬底、全空气填充的微型射频同轴线，并采用UV-LIGA工艺进行结构的加工.与采用电镀铜工艺实现全金属结构的射频同轴线相比，该微型同轴线采用的工艺方法是在SU-8上实现传输线的金属化，克服了因为铜镀层太厚引起的结构表面产生龟裂，不平整，且厚度不易控制等缺陷，具有介质损耗小、辐射损耗小、无色散、带宽大和抗干扰性强的优点，为实现射频和微波电子系统的微型化、一体化、低成本与高性能建立了基础.1 设计与仿真同轴线主要传输无色散的TEM波，也可能传播有色散的TE波和TM波.实际应用中主要以TEM模为传输模式，主动抑制TE模和TM模.考虑到在实际微结构加工中，曲面加工还十分困难，而直角结构则相对方便，所以微结构的同轴线一般是方形同轴线.利用复变函数中的保角变换法可确定方形同轴线设计中特性阻抗Z 0，介电常数εr以及边长比a／b（其中a为方形同轴线内导体外边长，b为方形同轴线外导体的内边长）之间的关系.其计算公式［8-9］为通常同轴线采用的特性阻抗有两种：50Ω和75Ω.其中75Ω的特性阻抗常用作有线电视系统通信，射频通信系统同轴线则采用50Ω的特性阻抗.故此处Z 0取值50Ω；空气介电常数εr取值1.代入Z 0和εr，可计算得到b／a值约为2.5.如图1所示为方形同轴线截面示意图.根据实际工艺条件，可加工尺寸范围为50～1 000μm，本设计中a取值200μm，b取值500μm.拟采用RffS ZVA40网络分析仪和探针测试台对微型同轴线进行测量，为了便于测量，同轴线需要设计成如图2所示上端开口的效果.通过HFSS电磁仿真软件进行模型建立与仿真.图1 同轴线截面内外导体尺寸示意图 Fig.1 Section diagram of inner and outer conductor size of coaxial line图2 同轴线测试效果图 Fig.2 Test diagram of coaxial line设计时需要考虑微型同轴线内导体支撑问题，结合微型同轴线UV-LIGA加工工艺［10-11］，在加工过程中采用MICROCHEM公司的SU-8光刻胶［12-13］作为同轴线支撑衬底，所以模型建立时在中心同轴下面加了一层SU-8作为支撑层（按照设计要求，该SU-8支撑层高度为1 5 0μm）.如图3所示为改进后的微型同轴线模型.对支撑衬底的宽度进行参数扫描设置，范围为200～500μm，每隔20μm取一个值；扫频范围设为30～50 GHz，其他项默认不变，对该模型进行参数优化仿真.仿真完成后对38 GHz处的回波损耗S11和插入损耗S12进行分析得到如图4所示的S参数随衬底宽度变化的关系图.从图中可看出虽然插入损耗S12随着衬底宽度变化不大，但回波损耗S11受衬底宽度变化较为明显，且在200μm 处S 11最小.故确定衬底宽度200μm为最优参数.图3 优化后的同轴线模型 Fig.3 Model of optimized coaxial line图4 S参数随衬底宽度变化的关系图 Fig.4 Relation graph between S parameter and substrate width图5 全空气填充同轴线仿真曲线 Fig.5 Simulation diagram of coaxial line filled with air利用HFSS电磁仿真软件对全空气填充的同轴线进行仿真，调出S参数结果报告，并和上面优化的带有SU-8支撑衬底的同轴线S参数进行对比，结果如图5所示，可以看出：理想状况下全空气填充的同轴传输线，38 GHz时S 11在-40 dB以下，回波损耗非常小，而S12参数为-0.13 dB；而进行优化后的同轴线中心频率略有偏移，但38 GHz时S11依然在-30 dB以下，回波损耗非常小；S 12参数则为-0.2 d B，表明能量在传输过程中损耗很小.仿真结果表明，有了聚合物支撑的同轴传输线对于信号的传播影响较小，优化后的S参数都达到了匹配传输线的要求.虽然这些都是理想值，但仿真结果证明该结构设计比较合理.2 加工工艺同轴传输线加工制造工艺过程主要分为三部分：①中心同轴线衬底的加工；②中心同轴的制作加工；③同轴盖子的加工.工艺流程如图6所示.图6 微型同轴线加工流程图 Fig.6 Process flow chart of micro coaxial line具体制作过程如下：1）备片：为了增强感光胶和基片的黏附力，防止脱胶情况的发生，匀胶前必须保证基片的清洁.采用丙酮，无水乙醇，去离子水等依次对基片进行彻底的清洗，将基片放置在烘台上加热到120℃进行脱水处理10 min；2）同轴衬底：首先准备一片硅基片，溅射一层100 nm的银层并电镀一层金属铜.根据结构设计，需要在中心同轴底部加工一层150μm的衬底作为支撑层.在金属覆盖的硅基片上以2 400 r／min的转速进行匀胶，均匀涂覆一层150μm的SU-8光刻胶，依次进行前烘、掩膜光刻、后烘；3）中心同轴：为了便于测试，需要设计成如图2所示的结构.在SiO2基片上用SU-8光刻胶依次加工200μm厚的中心同轴和300μm的凸台，最后显影即得到需要的结构；再将带有中心同轴的SiO2基片浸入BOE中2 h，将剥离的同轴结构进行溅射、电镀得到金属层；4）同轴盖子制作：同轴线结构需要封闭式结构，鉴于测试要求，盖子需要做成如图2所示底座开口的结构，在SiO2基片上用SU-8光刻胶依次加工150μm厚的底座和350μm高的侧壁.用BOE剥离结构.3 封装与测试3.1 同轴线的封装用电镀工艺对制作出的同轴线盖子部分金属化.首先将样品倾斜放置在磁控溅射机（Cressington308R）卡盘上溅射金属种子层，溅射过程中卡盘连续旋转，实现侧壁均匀的涂层.通过控制时间，沉积100 nm的Ag金属种子层.接着进行电镀，由于铜的导电率为5.8×107 s／m，在38 GHz时，计算趋肤深度为1.07μm.设置合适的电镀参数，确保镀层厚度大于3倍的趋肤深度，即溅射4 μm左右的Ag层并对镀层表面进行抛光，确保金属层表面光滑整洁，避免因粗糙产生额外的介质损耗，达到较好的传输性能.设计采用嵌入的方式进行结构之间的结合与封装：1）衬底加工完成后在衬底上面以及外侧分别加工两道侧壁作为中心同轴的卡子，可以使中心同轴完成后能够精确地置于衬底设计的位置；2）在衬底两侧加工两道侧壁，使侧壁距衬底两边的距离为200μm，这样当同轴盖子（侧壁厚50μm）加工完成后可以精确嵌入其中，实现同轴盖子和样品的组装.将三部分结合并组装后得到整体结构如图7所示.图7 同轴线整体结构图 Fig.7 Structure diagram of coaxial line3.2 测试过程与结果分析用RffS ZVA40网络分析仪和探针测试台对封装好的同轴线主要参数进行测试.测试时，三个探针分别接触到同轴线的内导体和外导体，中间的探针接触中心同轴，两侧的探针分别接触盖子波导口两侧.测试结果如图8所示.结果显示频率在38 GHz时，回波损耗S11在-30 dB以下，插入损耗S 12为-0.3 d B.所加工的微型射频同轴线S参数与仿真结果相比相差不大，故该微型射频同轴线设计方案比较合理，传输性能较好，可用于高性能射频和微波电路中.由于同轴线三部分的结合和组装都是在显微镜下手动完成的，对于传输线这种精密器件，组装过程中微米级的误差都可能影响其性能，例如，操作过程中产生的受力不均所造成的器件弯曲，组装过程中器件各部分之间的磨损都会使其性能与理想情况有所偏离，所以对于同轴射频传输线的工艺方法有待进一步分析和研究.图8 SU-8衬底同轴线测试结果图 Fig.8 Test diagram of coaxial line with SU-8 substrate4 结论本文提出了一种新型的微型同轴线的MEMS加工工艺.通过对同轴线结构的仿真分析得出该方法制作的MEMS同轴线具有带宽大、介质损耗小、辐射损耗小和抗干扰强等优点，可适用于高性能射频和微波电路.对微型同轴线的加工验证了该结构实现的可行性，并测得频率在38 GHz时，回波损耗S 11在-30 d B以下，插入损耗S 12为-0.3 dB，该测试参数能够满足工程需要.但由于本加工工艺不能一体化完成结构的加工，导致实验测试结果和仿真理想结果存在一定的误差，需要进一步研究相关的MEMS加工工艺，保证结构的可靠性和实用性.参考文献：［1］范新磊，张斌珍，张勇，等.射频同轴传输线的设计仿真与加工工艺［J］.微纳电子技术，2013，50（6）：397-400.Fan Xinlei，Zhang Binzhen，Zhang Yong，et al.Design，simulation and machining process for RF coaxial transmission line［J］.Micronanoelectronic Technology，2013，50（6）：397-400.（in Chinese）［2］Liang W，Hong W.Substrate integrated coaxial line 3dB coupler ［J］.Electronics Letters，2012，48（1）：35-36.［3］Damaskos N J，Kelsall B J，Powell J E.Square coaxial lines and materials measurements［J］.Microwave Journal，2012，55（2）：104-108.［4］Popovic Z.Micro-coaxial micro-fabricated feeds for phased array antennas［C］.Proceedings of the IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology.Massa-chusetts，USA，2010：12-15.［5］明平美.UV-LIGA和微细电火花加工组合制造技术基础研究［D］.南京：南京航空航天大学，2006.［6］莫顺培.UV-LIGA和微细电火花加工技术组合制造三维金属微结构的研究［D］.大连：大连理工大学，2009.［7］吕文龙，陈义华，孙道恒.微电铸及其在MEMS中的应用［J］.厦门大学学报（自然科学版），2005，44（1）：316-318.LüWenlong，Chen Yihua，Sun Daoheng.［J］.2005，44（1）：316-318.（in Chinese）［8］Yang R，Wang W J.A numerical and experimental study on gap compensation and wavelength selection in UV-lithography of ultra-high aspect ratio SU-8 microstructures［J］.Sensors and Actuators B：Chemical，2005，111-112（2）：279-288.［9］Yang R，Wang W J.Out-of-plane polymer refractive microlens fabricated based on direct lithography of SU-8［J］.Sensors and Actuators A：Physical，2004，113（1）：71-77.［10］Kido H，Utsumi Y C.Application of photo-etching of polytetrafluoroethylene induced by high energy synchrotron radiation to LIGA［J］.Microsystem Technologies，2013，19（3）：301-304.［11］Du L Q，Mo S P，Zhang Y S，et al.Fabrication of 3D metal microstructure based on UV-LIGA and micro-EDM technology［J］.Optics and Precision Engineering，2010，18（2）：363-368.［12］刘景全，蔡炳初，陈迪，等.SU-8胶及其在MEMS中的应用［J］.微纳电子技术，2003，41（Z1）：132-136.Liu Jingquan，Cai Bingchu，Chen Di，et al.SU-8 photoresist and its application in MEMS［J］.Micronanoelectronic Technology，2003，41（Z1）：132-136.（in Chinese）［13］Lee J B，Choi K H，Yoo K.Innovative SU-8 lithography techniques and their applications［J］.Micromachines，2015，6（1）：1-18.。

摘要摘要六十多年前，微波加热原理被发现，应运而生的各种微波炉逐渐让人们看到了这种加热方式所具有的巨大潜力。

而到现在微波加热的应用早已不单单局限于厨房电器的使用，在工、农、化、医等行业里面也正在大放异彩。

随着应用的深入、交叉学科的发展以及各种各样具有优良性能器件的产生，都极大地推动着微波加热课题的研究并对其提出着更高的要求。

微波炉作为最常见的微波加热设备，其核心技术的升级无疑推动着整个微波加热课题水平的进步，固无论是其微波性能还是其结构、生产工艺甚至是成本的改善都具有巨大的研究意义。

传统的研究手段在于在旧一代的产品上更新迭代，通过实验改善某一组件的性能或是某一匹配的性能，或者是借助经验手段和电磁仿真软件HFSS等进行改样测试，例如调整外型构造、增加新型材料等等，直到达成或是基本达成某一性能指标，在仿真软件日益完善的功能下，也取得了一系列的成果。

但是由于仿真水平的发展有限和其它因素，在加热均匀性及能效这些最直观的实际加热效果上，电磁仿真还未有较为成熟的理论和可靠的数据结果，这源自于复杂的微波源负载特性、具体食物的模型以及电磁热参数的量定等等因素难以确定。

本文从微波加热原理及器件诉起，利用仿真软件HFSS、workbench的仿真计算及实验样品测试，利用已有的微波炉产品，通过探寻微波加热水、油及土豆泥的过程，得到具体的加热均匀性数据，同时研究此过程中微波源微波频率的变化，建立一种电磁热耦合仿真手段并对其改善，得到仿真数据。

通过实测磁控管工作频谱并优化仿真模型之后仿真得到得五杯水微波加热均匀性为76.75%，与实测值71.88%接近，并在加热冷热点上很好对应。

通过VSWR改善仿真频谱之后仿真得到得五杯油温均匀性为65%，位于实测数值范围内。

同样的，通过VSWR改善仿真频率之后代入微波加热土豆泥仿真的仿真温度能与实测温度相对应，均匀性也相当。

仿真数据接近实验数据，证实了这种微波加热均匀性的仿真方法的可行性。

HFSS微波仿真实验,实验报告六合⼀肇庆学院 12通信2班杨桐烁 4202 实验⼀ T形波导的内场分析和优化设计实验⽬的1、熟悉并掌握HFSS的⼯作界⾯、操作步骤及⼯作流程。

2、掌握T型波导功分器的设计⽅法、优化设计⽅法和⼯作原理。

实验仪器1、装有windows 系统的PC ⼀台2、或更⾼版本软件3、截图软件T形波导的内场分析实验原理本实验所要分析的器件是下图所⽰的⼀个带有隔⽚的T形波导。

其中，波导的端⼝1是信号输⼊端⼝，端⼝2和端⼝3是信号输出端⼝。

正对着端⼝1⼀侧的波导壁凹进去⼀块，相当于在此处放置⼀个⾦属隔⽚。

通过调节隔⽚的位置可以调节在端⼝1传输到端⼝2，从端⼝1传输到端⼝3的信号能量⼤⼩，以及反射回端⼝1的信号能量⼤⼩。

实验步骤1、新建⼯程设置：运⾏HFSS并新建⼯程、选择求解类型、设置长度单位2、创建T形波导模型：创建长⽅形模型、设置波端⼝源励、复制长⽅体、合并长⽅体、创建隔⽚3、分析求解设置：添加求解设置、添加扫频设置、设计检查4、运⾏仿真分析5、查看仿真分析计算结果内场分析结果1、图形化显⽰S参数计算结果8.008.258.508.759.009.259.509.7510.00 Freq [GHz]0.130.250.380.500.630.75Y1TeeModalXY Plot 1ANSOFTCurve Infomag(S(P ort1,P ort1))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort2))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort3))Setup1 : Sw eep1图形化显⽰S参数幅度随频率变化的曲线2、查看表⾯电场分布表⾯场分布图3、动态演⽰场分布图T 形波导的优化设计实验原理利⽤参数扫描分析功能。

分析在⼯作频率为10GHz 时，T 形波导3个端⼝的信号能量⼤⼩随着隔⽚位置变量Offset 的变化关系。

利⽤HFSS 的优化设计功能，找出隔⽚的准确位置，使得在10GHz ⼯作频点，T 形波导商品3的输出功率是端⼝2输出功率的两倍。

实验四微带线仿真设计与分析一、实验目的1、熟悉HFSS软件的使用；2、掌握导波场分析和求解方法，同轴线的基本设计方法；3、利用HFSS软件进行电磁场分析，掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。

二、实验原理1、微带线是目前微波集成电路中使用最广泛的一种平面型传输线。

它可以用光刻程序制作，容易外接固体微波器件，构成各种微波有源器件，而且可以在一块介质基片上制作完整的电路图形，实现微波部件和系统的集成化、固态华和小型化。

2、微带线是在厚度为h的介质基片一面制作宽度为W、厚度为t的导体带，另一面制作接地金属平板而构成的。

3、微带线是一种双导体传输系统。

如果导体带与接地板之间有一种介质所包围，则微带线可以传输TEM波。

但是，微带线中有两种介质，导体带上面是空气，导体带下面是介质，存在着介质——空气分界面。

微带线的空气——介质分界面的存在，使微带线中不可能传输TEM波，而是传输准TEM波。

三、实验步骤本例以基片为百分之96的氧化铝为例，基片厚度=0.635mm,width=22.860mm，6ghz进行仿真分析。

3.1 初始设置一）启动Ansoft HFSS（1）点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft HFSS11程序组，点击HFSS11,进入Ansoft HFSS.（2）设置工具选项注意：为了按照本例中概述的步骤，应核实一下工具选项已设置；选择菜单中的tools>options>HFSS Options二）HFSS选项窗口：a)点击常规（General）标签i.建立新边界时，使用数据登记项的向导（即在boundary options中的Use wizardsfor data entry when creating new boundaries）：勾上ii.用几何形状复制边界（duplicate boundaries with geometry）：勾上b)点击ok按钮。

1．选择菜单中的工具（tools）>options>modeler options2．3D modeler options：a)点击operation标签自动覆盖闭合的多段线（automatically cover closed polylines）：勾上。

微波传输线的建模与仿真随着信息通信技术的不断发展，微波通信成为了当今的重要通信方式。

而微波传输线则是微波通信中不可或缺的一部分。

微波传输线广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域中，因其能够在高频率上传输电磁波信号而闻名。

微波传输线的建模与仿真是微波通信领域中一个重要的研究方向。

它是通过模拟和仿真微波传输线的运行机理和性能，来增强对微波传输线的理解和优化设计。

本文将对微波传输线的建模与仿真进行介绍和探讨。

一、微波传输线的类型微波传输线主要包括两种类型：同轴电缆和微带线。

同轴电缆是通过内外两层金属导体分别作为信号传输和屏蔽的传输线。

而微带线则是通过在介质板上进行金属线铺设，形成一个平面波导结构的传输线。

对于同轴电缆和微带线的建模和仿真，采用的方法也不太相同。

同轴电缆可以通过传输线的基本原理和参数来建模。

而微带线则需要考虑板层模型和基模分析等技术。

二、微波传输线的建模微波传输线的建模过程主要有以下几个步骤：1. 确定传输线的基本参数传输线的基本参数包括电阻、电感和电容等。

这些参数可以通过对传输线结构和材料的了解进行计算和估算。

2. 构建传输线模型传输线模型是建模的基础。

可以使用电路模型或者EM模型来描述传输线。

电路模型通常用于低频电路仿真，而EM模型则适用于高频情况。

3. 建立微波传输线的电路仿真模型在建立微波传输线的电路仿真模型时，需要选择合适的仿真工具，并对仿真参数进行设置和调整，以便得到最佳的仿真结果。

4. 仿真结果分析对仿真结果进行分析和评估，以确定传输线的性能和可能存在的问题。

三、微波传输线的仿真在微波传输线的仿真过程中，需要考虑不同传输线对电磁波的传输损耗、回波损耗和常见的干扰等因素。

同时，还需要考虑传输线所处的环境因素对传输线的影响。

对于微波传输线的仿真，可以采用多种工具和算法。

其中，有限元法、时域有限差分法和时域积分方程法等是常见的仿真方法。

四、微波传输线建模与仿真的应用微波传输线建模与仿真技术在实际应用中具有广泛的应用。

北邮微波仿真实验报告一、实验介绍本实验是北邮无线通信专业课程中的微波仿真实验，通过使用射线追踪软件CST Studio Suite对微波器件进行仿真，从而掌握基本的微波设计流程和仿真分析技术。

实验内容包括但不限于：•单模矩形波导五分之一波长变压器•微带线谐振器•微带线带阻滤波器二、实验步骤1. 单模矩形波导五分之一波长变压器仿真流程1.画出五分之一波长变压器的示意图，并确定所需参数。

2.使用CST Studio Suite建立仿真模型，设置仿真参数和求解器。

3.将波导的端口设置为微波源，并设置合适的激励条件。

4.运行仿真模拟，查看仿真结果并分析。

结果分析根据仿真结果，得出五分之一波长变压器的传输系数和反射系数，并将其绘制出来。

可以看出，在设计频率附近，反射系数小于-30dB，传输系数接近1，达到了较好的设计效果。

2. 微带线谐振器仿真流程1.画出微带线谐振器的示意图，并确定所需参数。

2.使用CST Studio Suite建立仿真模型，设置仿真参数和求解器。

3.将该谐振器的端口设置为微波源，并设置合适的激励条件。

4.运行仿真模拟，查看仿真结果并分析。

结果分析根据仿真结果，可得到该微带线谐振器的中心频率、带宽和功率传输系数。

在设计频率附近，此谐振器的功率传输系数接近1，带宽较窄，能够实现较好的谐振效果。

3. 微带线带阻滤波器仿真流程1.画出微带线带阻滤波器的示意图，并确定所需参数。

2.使用CST Studio Suite建立仿真模型，设置仿真参数和求解器。

3.将该带阻滤波器的端口设置为微波源，并设置合适的激励条件。

4.运行仿真模拟，查看仿真结果并分析。

结果分析根据仿真结果，得到该微带线带阻滤波器的中心频率、带宽和传输系数，并将其绘制出来。

可以看出，在设计频率处，该滤波器的传输系数小于-30dB，能够很好地实现带阻效果。

三、总结通过本次实验，我深入了解了微波电路设计的基本流程和仿真分析技术，在实践中提升了自己的设计能力和仿真模拟技能，对微波电路设计领域有了更深入的认识。

CST Microwave Studio同轴线S参数（0—10GHz）的仿真过程简介一、打开软件，出现正常操作界面。

二、我们首先进行的是“建模”。

1、定义常用单位。

例如我们可以把长度单位定义为“mm”，把频率单位定义为“GHz”。

操作过程如下：图1如图1，点击“Solve”-- 选择“Units…”，即可弹出如下对话框（图2），在其中选择“mm”和“GHz”。

点击“OK”即完成“单位”的设置。

（图2）2、设置同轴线的外导体如图3中，我们首先建立一个中空的圆柱，将其定义为金属，来作为我们同轴线的外导体。

具体做法如下：a、如图3中，依次点击“Objects”-→”Basic Shapes”--→”Cylinder..”b、或直接“Cylinder”的快捷键（下图黑色圈中）图 33、选择“Cylinder”后，软件要求你连续点击（双击）不同的点，来确定空心圆柱的位置，这时弹出新的“Cylinder”对话框（图4）；或在选择“Cylinder”后，之间按计算机的“Esc”键，直接弹出新的“Cylinder”对话框（图4）。

我们可以在此对话框中输入圆柱的内外图 4半径和圆柱的高度。

空心圆柱的外半经为4，内半径为3.5，高度为20。

名称为“cylinder_1”。

通过下面的步骤4来定义它的材料属性。

4、定义材料（层）属性。

在图4中，我们可以通过选择最下面的“New…”，来打开定义材料的对话框（图5）。

在“Layer name:”中输入我们此材料的名称“pec”,在“Type”中选择“PEC”，pec是英文“p erfect e lectricc onductor”缩写。

在图5的左下角，可以选择我们所定义材料的颜色。

图 5关闭对话框5、对话框4即完成“空心圆柱“的建模。

5、同样，如步骤3，我们建立同轴线的内导体，命名为“cylinder_2”，材料也选择金属pec。

我们进行如下参数设置：圆柱cylinder_2的外半径为1.5，内半径为o，长度也为20。

微波实验室中的线性仿真线性仿真器是利用节点分析法来仿真电路特性的。

线性仿真被用在低噪声放大器、滤波器和输入矩阵特性的耦合器中。

线性仿真器能算出的测量值有：输出值、噪声系数、反射系数和噪声环。

如何创建集总滤波器这个例子教会我们在微波实验室中如何利用线性仿真器来仿真基本的集总滤波器。

一般包含一下步骤：●创建电路图●添加曲线图和测量值●分析电路●调整电路●创建变量●最优化电路创建电路图创建一个项目：选择File > New Project ；选择File > Save Project As，弹出另存为对话框；命名项目的文件名（如"linear_example"），然后点击Save。

设置缺省的项目单位选择Options > Project Options，打开项目选项对话框；点击Global Units项目栏；点击右边的箭头找到你所要的单位，然后点击OK。

创建电路图选择Project > Add Schematic > New Schematic。

弹出Create New Schematic对话框；输入文件名"lpf",然后点击OK。

在活动区域电路图纸被打开，在项目浏览器中Circuit Schematics下方多出一个Schematic文件。

在电路图中放置元件在电路图窗口的右上方通过滑动箭头来查看你所需要的电路部分元件。

先在环境浏览窗口点击窗口左下方的Elem栏；在环境浏览窗口中点击图标左边的+号弹出Lumped Element子菜单；单击Lumped Element下的Inductor，在下面的窗口显示一组inductor模块；单击模块，把它放置到电路图中；按照图示的位置放好，然后单击鼠标放置提示：在电路图中连接两个元件的捷径是把两个元件的节点放在一起会自动连接。

当连接后，节点会显示蓝色小方块。

如果你第一次没有连接好，只要单击元件图标，按下鼠标拖动元件到适当的位置就可以了。

微波传输线的设计和仿真微波传输线是一种常见的高频电路元件，在微波技术领域中有着广泛的应用。

其作用是对高频信号进行传输和分配，常见的微波传输线有同轴电缆、微带线和波导等。

本文将从设计和仿真两个角度探讨微波传输线的基本知识和相关技术。

一、微波传输线的设计微波传输线的设计是微波电路设计的重要环节之一。

设计的目标是在满足特定传输线参数的同时最小化其尺寸和损耗。

下面是设计微波传输线的一些基本步骤：1. 确定传输线类型：根据实际需求选择同轴电缆、微带线或波导等传输线类型。

2. 确定传输线参数：传输线的参数包括波长、传输速度、特性阻抗、传输介质等。

这些参数会直接影响传输线的性能和特性，需要根据实际需求进行选择和调整。

3. 计算传输线特性阻抗：特性阻抗是传输线的一个重要参数，常用的计算方法有解析法、数值法和仿真法等。

4. 设计传输线尺寸：根据传输线的特性阻抗和传输介质的介电常数等参数，计算传输线的宽度、厚度和传输距离等设计参数。

5. 优化传输线性能：通过调整传输线的尺寸、微调传输线参数等方法，优化传输线的性能和特性，提高传输线的传输带宽和传输距离等。

二、微波传输线的仿真微波传输线的仿真是设计和优化传输线性能的重要手段之一，能够快速计算出传输线的各种参数和特性。

常用的微波传输线仿真方法有电磁场有限元法、时域有限差分法和频域有限差分法等。

下面分别介绍一下这三种仿真方法的基本原理和应用情况。

1. 电磁场有限元法电磁场有限元法是一种计算传输线电磁场分布的方法，可以快速得出传输线的各种参数和特性。

其基本原理是将传输线模型分割成若干个小单元，在每个小单元内求解电场和磁场方程，再将微元的结果叠加在一起得出传输线全局的电磁场分布。

这种方法计算结果准确度较高，但计算复杂度较大，需要使用专业的仿真软件进行计算。

2. 时域有限差分法时域有限差分法是一种利用差分算法求解微波传输线电磁场变化的方法，其基本原理是在空间和时间维度上进行离散化，从而得到微波传输线的时域响应。

微波大作业同轴线的CST仿真
边慧琦 07124051
2015.1
一、同轴线的特性
1．可以传输TEM 导波。

2．当同轴线的横向尺寸可以和工作波长比拟时，同轴线中也会出现TE模和TM 模，它们是同轴线的高次模。

3．为了保证同轴线只传输TEM波，要使工作波长满足
min () a b
λπ
>+，以消除TE模和TM模。

二、 CST仿真同轴线步骤
1.设置单位
将单位设为mm和GHz。

2.建模
利用空心圆柱模板，建立一个同轴线，材料为真空，外半径为30mm，内半径为15mm，长为150mm。

建好的模型如图所示。

3.设置背景材料
背景材料设置为PEC。

4.设置频率
5.设置端口
将同轴线的两个端面设置为端口1和端口2 。

设置好的端口如图所示。

6.设置边界条件
设置切向电场均为零。

7.设置场监视器
设置电场以及磁场监视器。

8.进行时域求解
三、仿真结果
1.端口1 的电场分布
2.端口1 的磁场分布
3.同轴线内部电场分布
4. .同轴线内部磁场分布。

北京邮电大学微波仿真实验报告实验名称：微波仿真实验姓名：刘梦颉班级：2011211203学号：2011210960班内序号：11日期：2012年12月20日一、实验目的1、熟悉支节匹配的匹配原理。

2、了解微带线的工作原理和实际应用。

3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。

4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。

二、实验要求1、使用软件：ADS2、实验通用参数：FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02特性阻抗：50欧姆3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。

三、实验过程及结果第一、二次实验实验一：1、实验内容Linecal的使用（工作频率1GHz）a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离）2、相关截图（a）根据实验要求设置相应参数（b）根据实验要求设置相应参数实验二1、实验内容了解ADS Schematic的使用和设置2、相关截图：打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。

在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。

3、实验分析通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。

在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。

在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。

实验三1、实验内容分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。

观察Smith圆图变化。

2、相关截图（1）理想传输线（2）微带线根据实验一计算50欧姆的微带线的长和宽，修改MLOC的参数。

3、实验分析由图可知，因为工作频率为1GHz和50欧姆阻抗，所以1GHz处为开路点，且在Smith圆图上曲线是在单位圆上。

微带线与理想传输线相比会存在误差，曲线并不是完全在单位圆上。

收稿日期:2021-03-09线形同轴耦合微波等离子体系统仿真研究彭宜昌，吴易龙，徐伟，张威，陈特超(湖南红太阳光电科技有限公司,湖南长沙410111)摘要:微波等离子体增强化学气相沉积(MW-PECVD )法产生的等离子体密度高,成膜质量好,是制备高效太阳能电池背面钝化膜的重要方法。

基于自主研制的平板式PECVD 设备,对其核心部分———线形同轴微波等离子体系统进行了仿真分析,获得了该系统等离子体源的空间分布规律,为设备设计的进一步优化提供技术指导。

关键词:线形同轴耦合微波等离子体;电子密度;真空腔体;平板式PECVD 设备中图分类号:TN304.055文献标志码:B文章编号:1004-4507(2021)02-0005-04Simulation of Linear Coaxial Coupling MicrowavePlasma SystemPENG Yichang ，WU Yilong ，XU Wei ，ZHANG Wei ，CHEN Techao(Hunan Red Solar Photoelectricity Science and Technology Co.，Ltd.，Changsha 410111，China )Abstract:Microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MW-PECVD )is an important method to prepare high-efficiency passive film on the back of solar cells due to its high plasma density and good film quality.In this paper ，based on the self-developed flat PECVD equipment ，the simulation analysis of the linear coaxial microwave plasma system is carried out ，and the spatial distribution law of the plasma in the system is obtained ，which provides technical guidance for the further optimization design of the equipment.Key words:Linearly coaxially coupled microwave plasma ；Electron density ；Vacuum chamber ；Flat PECVD equipment钝化发射极及背接触太阳能电池（PERC 电池）是目前技术成熟、应用广泛的高效太阳能电池，其产能逐年扩大[1]。

微波技术实验一仿真类实验2.2 同轴线一、实验原理同轴线的结构如下图所示，工作模式为TEM波，其截止频率为fc=0，是无色散波，故TEM波在横截面上的场分布函数与二维静场一致。

二、实验步骤1、创建模型（1）先画两个同轴圆柱体运用Boolean运算的subtract相减（Clone选项打勾）得到：再添加一个同轴的圆柱体（2）设置参数设置三个圆柱体的各项参数（3）设置边界条件再设置理想边界条件（4）插入激励源（5）设置求解频率。

(6)计算在菜单栏中点击Validate，显示全部正确后，再点击Analyze all，稍等片刻即可查看仿真结果。

2、仿真结果（1）、内部电场：（2）、内部磁场：（3）、内部功率随频率变化的传输情况：(图形为输入功率/输出功率)（4）外导体电场：（5）外导体磁场（6）内导体电场（7）内导体磁场（8）外部电场：在同轴线外面再加一个比较大的同轴圆柱体，介质为真空。

3、改变参数1.调整同轴圆柱体高度由5mm增加到8mm，再次测量。

（1）、内部电场：（2）、内部磁场：（3）、内部功率随频率变化的传输情况：（4）外导体电场分布（5）内导体电场分布(6)外部电场：3.调整半径（1）、内部电场：（2）、内部磁场：（3）、内部功率随频率变化的传输情况：(4)、外部电场：测外部电场时再加一个大的同轴圆柱体。

（5）、外部磁场：同外部电场测试方法一样。

（6）、外部功率随频率变化的传输情况：4.调整填充媒质电磁参数：原介质为真空，现改为glass_PTFEreinf.（1）内部电场：（2）内部磁场：（3）内部功率随频率变化的传输情况：(4)外部电场：（5）外部磁场：同外部电场测试方法一样5.高次模式:模式数改为3，频率为100Hz。

（1）内部电场：（2）内部磁场：（3）内部功率随频率变化的传输情况：截止频率为0Hz，故截止模式我没有仿真。

三、实验总结第一次使用HFSS这个软件，我从对这个软件毫无概念。