利用HFSS进行波导单孔定向耦合器的仿真设计

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。

1.新建文件，使用Save As命令保存。

2.输入文件名后保存，注意文件名或者路径中最好不要包含中文。

3.开始建模，点击Draw Cylinder，画一个圆腔，输入直径为15.5mm，高度为32mm，点击“确定”之后点击红色按钮，将画好的图形显示在窗口中。

双击下面图中的cylinder1，弹出属性对话框，可以更改其透明度和颜色。

4，开始画谐振柱，首先画谐振柱底部直径9mm部分，点击Draw Cylinder，随意画一个圆柱体，然后在弹出的对话框中输入坐标为（0，0，0），半径4.5mm，高度19mm。

然后再画上面直径为12mm的部分，点击Draw Cylinder，以直径9mm圆柱体的顶点为原点随意画一个圆柱体，然后在弹出的对话框中输入坐标为（0，0，19），半径6mm，高度10.5mm。

然后画顶部垂下来的圆盘，点击点击Draw Cylinder，以直径12mm圆柱体的顶点为原点随意画一个圆柱体，然后在弹出的对话框中输入坐标为（0，0，29.5）半径12.5mm，高度为-4mm。

此时上面的盘为一个实体，我们需要再画一个圆柱体与之相减，使之变成一个1mm后下垂的圆盘。

点击Draw Cylinder，画一个圆柱体，然后在弹出的对话框中输入坐标为（0，0，28.5），半径为11.5mm,高度为-3mm。

如下图位置先选中cylinder4，再选中cylinder5，将两者用工具相减。

双击cylinder4弹出属性对话框，我们更改其透明度至0.8，看到相减后的效果。

然后同时选中cylinder2、3、4，用Uinte工具相加为一个整体。

双击cylinder2，更改其透明度为0.8。

上面画的谐振柱中间是一个实体，我们要再画一个圆柱体将中间掏空，点击Draw Cylinder，画一个圆柱体，然后在弹出的对话框中输入坐标为（0，0，29.5），半径为5mm,高度为-9.5mm。

先选中cylinder2，然后选中cylinder6，用subtract工具相减。

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。

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。

、仿真题目：使用HFSS仿真研究孔缝耦合二、仿真目的：通过仿真过程，了解HFSS软件的用法，用HFSS仿真研究孔耦合，以达到对HFSS软件的熟悉，进而曾将微波与天线这门课程的实践应用三、仿真过程：结构耦合后场分布E F1oldfV/Bli冷MS?诲莊I1.怨按j.4. S-l^h-KIL B.^B15«-K>LT.i&iSBe-eeL 6.k的他-MUZ. E3QM4C-D0Ei. TSG5«-I»LB.Etl 轧•的2.、八、-刖言电子设备要在复杂的电磁环境中正常工作，要满足日益严格的电磁兼容标准，电磁屏蔽是十分必要的。

然而，因为通风、散热通信、供电等要求，屏蔽机箱上的孔缝和线缆穿透就不可避免。

高能电磁波易通过孔缝及线缆耦合进入屏蔽机箱内，对机箱内的器件进行干扰或造成破坏。

因此，研究孔缝耦合和线缆耦合的屏蔽效能十分重要。

线缆耦合主要有2种情况，一种是线间的耦合，一种是穿透屏蔽箱的线缆耦合。

仿真模型：模型结构很简单，如下图所示，主要包括2个圆柱体和一个孔缝，其中外面的大圆柱体为空间辐射边界，里面的圆柱体为金属屏蔽箱，屏蔽箱上开有一个孔缝，放大后如右图所示。

打开工程:1、打开An soft HFSS0,并在缺省工程中点击鼠标右键，加入一个HFSS设计项目，见图2。

屏幕主要部分自左向右依次为工程管理区（Project Manager）、对象列表和3D绘图区（与对象列表一起通称为3D Modeler window ）。

2、解的类型。

在菜单中选择HFSS/Solution Type （图3）,并在弹出窗口中选择Driven Modal（图4）。

共有三种类型选择,Driven Modal、Driven Terminal 和EigenMode, Diven Modal与Driven Terminal 的区别在于S矩阵的表示形式不同，前者采用入射和反射能量的形式，而后者采用电压和电流的形式。

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。

利用HFSS进行波导单孔定向耦合器的仿真设计【摘要】本文介绍了单孔定向耦合器的仿真设计方法，该定向耦合器在一定条件下的方向性可以达到20dB以上，并具有结构简单、驻波小、方向性强等特点。

【关键词】单孔；定向耦合器；HFSS仿真1.前言定向耦合器是一种具有一定方向性的分功率器，在微波系统中较为常见，它能从主传输系统的正向波中按一定比例分出部分功率，而不从反向波中输出功率，因此可以利用定向耦合器对主传输系统中的入射波进行取样。

较为常见的波导定向耦合器有：单孔定向耦合器、双孔（槽）定向耦合器、多孔（槽）定向耦合器、十字孔定向耦合器等。

虽然单孔定向耦合器结构简单、性能良好，但在以前一段时间里，由于缺少仿真措施，单孔定向耦合器等微波器件的设计需要公式的近似计算来解决，实际效果不理想，因此单孔定向耦合器被采用的较少。

但随着科技的发展，仿真软件的出现和完善，单孔定向耦合器的设计出现了可能。

本文现就利用HFSS仿真软件针对于单孔定向耦合器进行了仿真设计，发现在一定条件下，单孔定向耦合器的方向性可以做到20dB以上，满足工程设计要求。

2.定向耦合器的设计2.1 技术要求：1）相对带宽≥15％；2）VSWR≤1.30；3）方向性≥20dB；4）耦合量≥-35dB2.2 设计过程2.2.1 设计思想单孔定向耦合器是指在主传输系统和采样传输系统之间用单孔来进行耦合，为了获得定向型，该单孔必须开在两个矩形波导的公共宽壁的中心上，且两个矩形波导之间要保证一定的斜扭角度。

由小孔耦合理论可知，小孔可用电和磁偶极矩后成的等效源来代替，因此利用调节这两个等效源的相对振幅可以消除在隔离端口方向的辐射，而增强在耦合端口方向的辐射，从而获得理想的定向性。

2.2.2 模型的建立电磁仿真软件HFSS是作为行业标准的3D全波电磁仿真工具，它融合了全波频域有限元法、积分方程法、区域分解算法等来对微波器件进行仿真计算的。

众所周知，有限元法是基于微分方程方法的数值方法，相应的支配方程是麦克斯韦方程组演化而来的亥姆赫兹方程或者泊松方程，因此该软件能够较为真实的模拟现实环境，提高仿真的准确性。

hfss的波导口归一化问题全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：HFSS是一种广泛应用于电磁场仿真的软件工具，通过有限元方法和有限差分时间域方法来解决电磁场问题。

在设计和优化微波和毫米波器件时，波导口的归一化问题是一个非常重要的问题。

波导口的归一化问题主要指的是在进行仿真和分析时，如何正确地定义波导口的特性参数以获得准确的仿真结果。

波导口归一化问题在HFSS中是一个常见的挑战，因为波导口是微波器件中的关键部分，并且波导口的设计和优化直接影响到整个系统的性能。

波导口的归一化问题涉及到波导口的物理尺寸、传输特性和边界条件等方面，需要综合考虑才能得到准确的仿真结果。

对波导口的物理尺寸进行归一化是非常重要的。

在进行仿真时，波导口的几何尺寸需要根据实际情况进行归一化处理，以保证仿真结果的准确性。

在HFSS中，可以通过定义合适的单位和比例尺来实现波导口的归一化处理，避免因为量纲不一致而导致的误差。

波导口的传输特性也是波导口归一化问题的关键之一。

波导口的传输特性包括传输系数、阻抗匹配、反射损耗等参数，这些参数直接影响到波导口的功率传输和性能表现。

在HFSS中，可以通过定义适当的边界条件和材料参数来模拟波导口的传输特性，以获得准确的仿真结果。

边界条件的选取也对波导口归一化问题有一定影响。

在HFSS中，可以选择不同的边界条件来模拟波导口的边缘效应和辐射损耗，从而得到更好的仿真结果。

合理选择边界条件可以有效地减小仿真误差，提高仿真精度。

第二篇示例：HFSS是一款广泛应用于高频电磁场模拟的软件，它在众多领域中都有着重要的应用，比如天线设计、微波器件设计等。

在进行HFSS模拟时，波导口的归一化问题是一个经常需要注意的问题。

本文将重点讨论HFSS中波导口归一化问题的相关内容。

波导口归一化是指在进行波导口传输线模拟时，需要将输入/输出端口中的电磁场信号与泰勒展开式进行匹配，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

波导口的归一化过程可以分为两个步骤：一是将波导口的复数导纳(Y参数)与传输线的特性阻抗(Z参数)进行匹配；二是通过引入归一化的系数，将波导口的电磁场信号转换为传输线中的归一化电压/电流信号，从而准确地模拟出波导口的传输特性。