微波課設(shè)微波寬帶10GHz功分器的設(shè)計(jì)(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上本科課程設(shè)計(jì)報告課程名稱： 微波技術(shù)與天線 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 博學(xué)館一層機(jī)房 專業(yè)班級： 電信1201 學(xué)號： 實(shí)驗(yàn)名稱： 微波寬帶10GHz功分器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 劉建霞 2015年 6月30日專業(yè)班級電信1201學(xué)生姓名楊凱課程名稱微波技術(shù)與天線課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱寬帶功分器設(shè)計(jì)周數(shù)1.5周指導(dǎo)教師李鴻鷹設(shè)計(jì)任務(wù)主要設(shè)計(jì)參數(shù)1 熟悉HFSS仿真平臺的使用  2 熟悉寬帶功分器的工作原理與設(shè)計(jì)方法3 在HFSS平臺上完成如下寬帶功分器的仿真設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求如下：頻率：10GHz介質(zhì)：vacuum4 結(jié)合同組其他同學(xué)的設(shè)計(jì)結(jié)果完成對于該天

2、線結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能之間關(guān)系的探討5 在1.5周內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)要求6.11：分組、任務(wù)分配、任務(wù)理解6.12：查閱參考資料，理論上熟悉所設(shè)計(jì)的器件的工作原理與特性，完成方案設(shè)計(jì)。6.156.18：熟悉仿真平臺的使用，完成在平臺上的建模，設(shè)置，結(jié)果提取與分析，以及驗(yàn)收。6.19：同組同學(xué)結(jié)果匯總及討論6. 22：設(shè)計(jì)說明書的撰寫在設(shè)計(jì)過程中，作為設(shè)計(jì)小組成員，每位同學(xué)要具有團(tuán)隊(duì)意識和合作精神，并最終獨(dú)立完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。主要參考資 料劉學(xué)觀，微波技術(shù)與天線，西安電子科技大學(xué)電出版社，2012顧繼慧，微波技術(shù)，科學(xué)出版社，2007李明洋，HFSS應(yīng)用設(shè)計(jì)詳解，人民郵電出版社，2010學(xué)生

3、提交歸檔文件1.設(shè)計(jì)報告2.工程文件課程設(shè)計(jì)任務(wù)書注：課程設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生提交的歸檔文件應(yīng)按，封面任務(wù)書說明書圖紙的順序進(jìn)行裝訂上交（大張圖紙不必裝訂）指導(dǎo)教師簽名： 日期：2015-6-10 摘要： 在微波系統(tǒng)中，需要將發(fā)射功率按一定的比例分配到各發(fā)射單元，如相控陣?yán)走_(dá)等，因此功分器在微波電路中有著廣泛的應(yīng)用。它性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)能量的分配和合成效率。隨著寬帶天線、寬帶濾波器等器件的不斷發(fā)展，對寬帶功分器的要求也越來越高，需求也越來越大。功分器是實(shí)現(xiàn)無線信號等功率分配的射頻器件。二功分器一般有一個輸入口和兩個輸出口，一個功分器的輸出端口之間應(yīng)保證一定的隔離度。隨著現(xiàn)代電子和通信技術(shù)

4、的飛躍發(fā)展，信息交流越發(fā)頻繁，各種各樣電子電氣設(shè)備已大大影響到各個領(lǐng)域的企業(yè)和家庭。在微波通信領(lǐng)域，隨著微波技術(shù)的發(fā)展，功分器作為一個重要的器件，其性能對系統(tǒng)有不可忽略的影響，因此其研制技術(shù)也需要不斷地改進(jìn)。本文首先對功分器的基本理論、性能指標(biāo)做了簡單介紹，然后闡述了一個具體的微波寬帶功分器的設(shè)計(jì)的思路和過程，并給出了設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果。本文還用到了HFSS，在功分器的具體電路結(jié)構(gòu)建模、仿真優(yōu)化和版圖的生成上如何應(yīng)用，在文中都做出了相應(yīng)的說明。關(guān)鍵詞：功分器、寬帶、HFSS1.前言隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展， 各種通訊系統(tǒng)的載波頻率不斷提高， 小型化低功耗的高頻電子器件及電路設(shè)計(jì)使微帶技

5、術(shù)發(fā)揮了優(yōu)勢。 在射頻電路和測量系統(tǒng)如混頻器、 功率放大器電路中的功率分配與耦合元件的性能將影響整個系統(tǒng)的通訊質(zhì)量。功分器是將輸入信號功率分成相等或不相等的幾路輸出的一種多端口網(wǎng)絡(luò)，它廣泛應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)及天線的饋電系統(tǒng)中。 功分器按照其功率分配比有相應(yīng)的設(shè)計(jì)公式可較為容易的實(shí)現(xiàn)。本課設(shè)將著重闡述微波寬帶功分器的設(shè)計(jì)。2.設(shè)計(jì)目的（1）通過仿真完成微波寬帶功分器的設(shè)計(jì)；（2）了解微波寬帶功分器的工作原理。3.器件介紹功分器全稱是功率分配器，是一種將一路輸入信號能量分成兩路或多路輸出相等或不等能量的器件，是射頻系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。它有以下特征：（1）三個端口完全匹配，即有S11=S22=

6、S33；（2）端口1輸入，端口2，3輸出等幅同相，其滯后90deg，S21=S31；（3）兩個之路完全隔離，所以S23=S32=0。根據(jù)以上分析，功分器的散射矩陣為：圖1 功分器模型圖4.HFSS仿真設(shè)計(jì)4.1建立新的工程 為了方便創(chuàng)建模型，在Tool>Options>HFSS Options中將Duplicate Boundries with geometry復(fù)選框中，這樣可以使得在復(fù)制模型時，所設(shè)置的邊界也一同復(fù)制。4.2設(shè)置求解類型將求解類型設(shè)置為激勵求解類型：（1）在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Solution Type。（2）在彈出的Solution Type窗口中（a）

7、選擇Driven Modal。（b）點(diǎn)擊OK按鈕。4.3設(shè)置模型單位 將創(chuàng)建模型中的單位設(shè)置為毫米。（1）在菜單欄中點(diǎn)擊3D Modeler>Units。（2）設(shè)置模型單位：（a）在設(shè)置單位窗口中選擇：mm。（b）點(diǎn)擊OK按鈕。4.4設(shè)置模型的默認(rèn)材料在工具欄中設(shè)置模型的默認(rèn)材料為真空。4.5添加和定義設(shè)計(jì)變量從菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Design Properties，在彈出的對話框中，單擊Add按鈕，添加變量。定義變量如圖2所示。圖2 變量定義圖4.6微波寬帶功分器（1）創(chuàng)建空腔在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box。創(chuàng)建一個任意大小長方體。新建的長方體會添加到操作歷史樹的Soli

8、ds節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱為Box1.雙擊操作歷史樹下的SOLIDS下的box1節(jié)點(diǎn)，在彈出的對話框attribute中，將該長方體的名字修改為Air。點(diǎn)擊操作歷史樹下的CreatBox節(jié)點(diǎn)，在彈出的對話框中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:-a/2,Y:b1,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize:A,YSize:B-B1,ZSize:6.254,按回車鍵結(jié)束輸入。依次按照以上操作，創(chuàng)建空腔1，2，3空腔1中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:-a/6,Y:0,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的

9、尺寸，即XSize:a/3,YSize:b1,ZSize:6.254,按回車鍵結(jié)束輸入?？涨?中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:a/6,Y:b,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize:a/3,YSize:b2,ZSize:6.254,按回車鍵結(jié)束輸入?？涨?中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:-a/6,Y:b,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize:-a/3,YSize:b2,ZSize:6.254,按回車鍵結(jié)束輸入。（2）組合模型。將Air、Air1、Air2、Air3組合成

10、為一個模型。 按住Ctrl鍵，將所有物體選中。在3D Modeler>Boolean>Unit,合并生成新模型Air3。（3）設(shè)置顯示方式雙擊操作歷史樹中的Air1節(jié)點(diǎn)，在Properties對話框中，勾選Display Wireframe(顯示框架)項(xiàng)，設(shè)置Display Type為Wireframe。最后單擊OK按鈕，應(yīng)用設(shè)置。（4）創(chuàng)建一個默認(rèn)材質(zhì)點(diǎn)擊工具欄中Vacuum>Select，在彈出的對話框中，找到并選擇Rogers RT/duroid5880（tm）項(xiàng)，點(diǎn)擊確定按鈕。（5）創(chuàng)建基片在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box。創(chuàng)建一個任意大小長方體。新建的長方體會添

11、加到操作歷史樹的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱為Box1.雙擊操作歷史樹下的Solids下的Box1節(jié)點(diǎn)，在彈出的對話框Attribute中，將該長方體的名字修改為Sub。點(diǎn)擊操作歷史樹下的CreatBox節(jié)點(diǎn)，在彈出的對話框中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:-a/2,Y:b1,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize:a,YSize:b-b1,ZSize:0.254,按回車鍵結(jié)束輸入。依次按照以上操作，創(chuàng)建基片1，2，3基片1中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:-a/6,Y:0,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長

12、方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize:a/3,YSize:b1,ZSize:0.254,按回車鍵結(jié)束輸入?；?中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:a/6,Y:b,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize:a/3,YSize:b2,ZSize:0.254,按回車鍵結(jié)束輸入?；?中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X:-a/6,Y:z,Z:-0.254按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize:-a/3,YSize:b2,ZSize:0.254,按回車鍵結(jié)束輸入。 (6)組合基片。將Sub、Sub1

13、、Sub2、Sub3組合成為一個模型。 按住Ctrl鍵，將所有物體選中。在3D Modeler>Boolean>Unit,合并生成新模型Sub1。（7）創(chuàng)建金屬導(dǎo)帶 在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。創(chuàng)建一個任意大小長方形。新建的長方形會添加到操作歷史樹的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱為Rectangle1.雙擊操作歷史樹下的Solids下的Rectangle1節(jié)點(diǎn)，在彈出的對話框Attribute中，將該長方體的名字修改為Microstrip。點(diǎn)擊操作歷史樹下的CreatRecangle節(jié)點(diǎn)，在彈出的對話框中，Position欄輸入長方體的起始位置，即X：-w5

14、0/2,Y：0,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize：w50,YSize：11,點(diǎn)擊確定按鈕。（8）創(chuàng)建半圓環(huán)1 在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Circle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入圓形的中心位置坐標(biāo)，即X：0.38,Y：3.8,Z：0，按回車鍵結(jié)束輸入。輸入圓形半徑，即dX：0.310,dY：0,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在Property窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將該圓形的名字改為rlout。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Circle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入圓形的中心位置坐標(biāo)，即X：0.38,Y：3.8,Z：0，按回車鍵結(jié)束輸入。輸入圓形半

15、徑，即dX：0.745,dY：0，dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在Property窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將該圓形的名字改為rlin。按住Ctrl，同時依次選中rlout和rlin。在菜單3DModeler>Boolean>Substrate。在彈出的對話框中，Blank Parts選擇rlout，Tool Parts選擇rlin，點(diǎn)擊OK按鈕。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：0.38,Y：0,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：-2.62,dY：4.8,dZ：0按回車鍵結(jié)

16、束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長方形的名字修改為cut1。按住Ctrl，同時依次選中rlout和cut1。在菜單3DModeler>Boolean>Substrate。在彈出的對話框中，Blank Parts選擇rlout，Tool Parts選擇cut1，點(diǎn)擊OK按鈕。（9）創(chuàng)建導(dǎo)帶l2在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：0.25,Y：4.24,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.31,dY：1.11,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口中選擇Attribu

17、te標(biāo)簽，將長方形的名字修改為l2。（10）與創(chuàng)建半圓環(huán)1相似，創(chuàng)建半圓環(huán)2.在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Circle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入圓形的中心位置坐標(biāo)，即X：0.25,Y：6.475,Z：0，按回車鍵結(jié)束輸入。輸入圓形半徑，即dX：1.175,dY：0，dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在Property窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將該圓形的名字改為r2lout。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Circle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入圓形的中心位置坐標(biāo)，即X：0.25,Y：6.475,Z：0，按回車鍵結(jié)束輸入。輸入圓形半徑，即dX：0.625,dY：0，dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在

18、Property窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將該圓形的名字改為r2lin。按住Ctrl，同時依次選中r2lout和r2lin。在菜單3DModeler>Boolean>Substrate。在彈出的對話框中，Blank Parts選擇r2lout，Tool Parts選擇r2lin，點(diǎn)擊OK按鈕。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：0.25,Y：0,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：2.75,dY：7.65,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長

19、方形的名字修改為cut2。按住Ctrl，同時依次選中r2lout和cut2。在菜單3DMoleder>Boolean>Substrate。在彈出的對話框中，Blank Parts選擇r2lout，Tool Parts選擇cut2，點(diǎn)擊OK按鈕。（11）創(chuàng)建導(dǎo)帶l3在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：0.25,Y：7.1,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.55,dY：1.81,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長方形的名字修改為l3。（12）創(chuàng)建

20、導(dǎo)帶l4在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：0.25,Y：8.91,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：6.13,dY：0.76,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長方形的名字修改為l4。（13）創(chuàng)建導(dǎo)帶l5在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：5.62,Y：9.67,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.76,dY：8.33,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口

21、中選擇Attribute標(biāo)簽，將長方形的名字修改為l5。（14）創(chuàng)建切角在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>line。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)坐標(biāo)，X：6.38,Y：8.91,Z：0。坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)坐標(biāo)，X：6.38,Y：9.67,Z：0。坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)坐標(biāo)，X：5.62,Y：8.15,Z：0。坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)坐標(biāo)，X：6.38,Y：8.15,Z：0，按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長方體的名字改為qiejiao。按住Ctrl，同時選中l(wèi)4和qiejiao。在菜單3DMoleder>Boolean>Substrate。在彈出的對話框中，Blank

22、 Parts選擇l4，Tool Parts選擇切角，點(diǎn)擊OK按鈕。（15）合并導(dǎo)帶按住Ctrl，同時選中Microstrip，l2，l3，l4，l5，rlout和r2out。在菜單3DModeler>Boolean>Unit，進(jìn)行合并。（16）復(fù)制導(dǎo)帶選中合并后的導(dǎo)帶Microstrip，然后選擇菜單項(xiàng)Edit>Duplicate>Mirror。在坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)坐標(biāo)，X：0,Y：0,Z：0。在坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)坐標(biāo)，dX：-2,dY：0,dZ：0。（17）設(shè)置邊界條件選中導(dǎo)帶Microstrip和Microstrip1，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Assign Boundar

23、ies>Perfect E，設(shè)置導(dǎo)帶為理想邊界。（18）創(chuàng)建隔離電阻R1和R2在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：-0.25,Y：4.8,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.5,dY：0.5,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長方形的名字修改為R1。選中R1，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇AssignBoundaries>lumped RLC，設(shè)置集總RLC邊界，在彈出的對話框中選中Resistance，設(shè)置為97ohm。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>R

24、ectangle。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標(biāo)，即X：-0.25,Y：7.65,Z：0按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.5,dY：0.5,dZ：0按回車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長方形的名字修改為R2。選中R2，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Assign Boundaries>lumped RLC，設(shè)置集總RLC邊界，在彈出的對話框中選中Resistance，設(shè)置為210ohm。（19）設(shè)置激勵端口單擊F鍵，切換到選擇狀態(tài)。然后旋轉(zhuǎn)物體模型，選中Air的側(cè)面，在三維窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Assign

25、 Excitation>Wave Port。在該對話框中保持默認(rèn)設(shè)置不變，單擊OK按鈕。同樣操作，選中wave port2和wave port3。完成后，按快捷鍵O切換到選擇物體狀態(tài)。（20）組合模型用組合鍵Ctrl+A將所有物體選中。點(diǎn)擊菜單3DModeler>Boolean>Unit。到此，創(chuàng)建微波寬帶功分器的操作全部結(jié)束。構(gòu)成如圖1所示的功分器模型。4.7設(shè)置求解頻率及掃頻范圍。（1）設(shè)置求解頻率 在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。在求解窗口中作如下設(shè)置：Solution Freguency：10GHz，Maximum Numbers of Passes：5，Maximum Delta S per Pass：0.02，點(diǎn)擊OK按鈕。（2）設(shè)置掃頻 在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Analysis Setup>Add Sweep。選擇Setup1，點(diǎn)擊OK。在掃頻設(shè)置窗口中作如下設(shè)置：Sweep Type：Fast，F(xiàn)reguen