環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)

1、北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ）題 目 環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)名稱通信與信息工程所在系（院）通信工程指導(dǎo)教師2012 年 5 月 27 日姓名學(xué)號(hào)專業(yè)通信工程系（院）通信與信息工程設(shè)計(jì)（論文）題目環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)題目分類 工程設(shè)計(jì)；工程技術(shù)研究；軟件工程（如CAI 課題等）； 專題研究；藝術(shù)設(shè)計(jì)； 其他題目來源 自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題；企、事業(yè)單位委托課題； 院級(jí)課題；自擬課題 其他指導(dǎo)教師（指導(dǎo)教師組組長(zhǎng)及成員姓名）職稱工作單位備注郭琳副教授通信與信息工程系指導(dǎo)老師宗保平高級(jí)實(shí)驗(yàn)師通信與信息工程系組員姬羅栓副教授通信與信

2、息工程系組員高海娟助教通信與信息工程系組員畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 的內(nèi)容和要求： 注意：選題盡量與實(shí)際應(yīng)用需求相結(jié)合。要求寫明本設(shè)計(jì)（論文）所涉及的分析方法或技術(shù)手段（如定性、定量分析的方法）；要求有學(xué)生獨(dú)立的見解，設(shè)計(jì)內(nèi)容要詳細(xì)寫明具體步驟和技術(shù)指標(biāo) 。定向耦合器是一種四端口器件，且各個(gè)端口均是匹配的。它是在微波與雷達(dá)饋線技術(shù)中廣泛應(yīng)用的元件之一。環(huán)形定向耦合器的各項(xiàng)指標(biāo)包括耦合度、隔離度、方向性、輸入駐波比、頻帶寬度等。熟悉微波微帶線、微波網(wǎng)絡(luò)、微波元器件等基礎(chǔ)內(nèi)容，結(jié)合微波網(wǎng)絡(luò)散射矩陣的計(jì)算，利用仿真軟件Ansoft HFSS設(shè)計(jì)環(huán)形混合電橋，進(jìn)而很好的理解和掌握微波集成傳輸線的傳輸特性、

3、微波元器件的端口特性、耦合器的參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容。利用仿真軟件設(shè)計(jì)指標(biāo)如下： 輸入端口的特性阻抗50 歐姆；輸出端口的特性阻抗50 歐姆；中心頻率f=0.9GHz;頻帶0.8GHz1.0 GHz；散射參數(shù)兩個(gè)輸出端口3dB。應(yīng)完成的工作和提交材料要求（課題完成后應(yīng)提交成果的種類、數(shù)量、質(zhì)量等方面的要求）：開題報(bào)告：3000 字左右；論文的中文摘要：200-300 字，包含關(guān)鍵詞，并譯成英文。英文摘要以250 個(gè)左右實(shí)詞為宜；畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：正文不少于15000 字，論文應(yīng)由摘要、目錄、前言、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)、致謝和附錄等幾部分組成，要求項(xiàng)目齊全，概念清楚、語(yǔ)言流暢、文字精煉、內(nèi)容正確、條理分明、

4、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)清楚、準(zhǔn)確；對(duì)方案的分析與論證，要觀點(diǎn)鮮明、結(jié)論正確；盡量結(jié)合課題，翻譯1500 漢字以上的有關(guān)技術(shù)資料或?qū)I(yè)文獻(xiàn)；參考文獻(xiàn)中，主要的文獻(xiàn)應(yīng)達(dá)到10 篇以上，其中外文文獻(xiàn)在2 篇以上。主要參考文獻(xiàn)（參考文獻(xiàn)不少于4 篇，參考文獻(xiàn)目錄按GB/T7714 2005 的要求填寫）1234王新穩(wěn)，李萍. 微波技術(shù)與天線M. 北京 : 電子工業(yè)出版社，2005： 350.廖承恩 . 微波技術(shù)基礎(chǔ)M. 西安 : 西安電子科技大學(xué)出版社，1995： 100330.吳萬(wàn)春，梁昌洪. 微波網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用M. 北京 : 國(guó)防工業(yè)出版社，1980： 50150.吳明英，毛秀華. 微波技術(shù)M. 西安

5、: 西北電訊工程學(xué)院出版社，1979： 240.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃（從正式啟動(dòng)時(shí)間開始，以周為單位填寫）課題調(diào)研、查資料、撰寫開題報(bào)告周 -第根據(jù)查詢的資料確定總體設(shè)計(jì)思路，完成開題報(bào)告并上交周 -第畢業(yè)設(shè)計(jì)單元部分研究, 并設(shè)計(jì)出整體框架完成論文中期檢查報(bào)告周 -第 15周資料整理，撰寫畢業(yè)論文；上交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，指導(dǎo)教師審查評(píng)閱設(shè)計(jì)報(bào)告，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯資格審查。畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，學(xué)生修改畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯。16周進(jìn)行畢設(shè)答辯。指導(dǎo)教師簽字：年月日學(xué) 單 位 意 見審核人簽字：系（院） （蓋章）年月日學(xué)院意 審核專家簽字：見年 月 日備注 1、由指導(dǎo)教師撰寫，可根據(jù)長(zhǎng)度加頁(yè)，一式三份，教

6、務(wù)處、系（院）各留存一份，發(fā)給學(xué)生一份，任務(wù)完成后附在論文內(nèi)；2、凡審核不通過的任務(wù)書，請(qǐng)重新申報(bào)。北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ， 題目 耦合線定向耦合器的仿真實(shí)現(xiàn)是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。本人簽名：日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用權(quán)的說明本人完全了解北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院有關(guān)保管、使用論文的規(guī)

7、定，其中包括：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)校可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存論文；學(xué)?？稍试S論文被查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。本人簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期： 題目環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)摘要定向耦合器可以有很多種實(shí)現(xiàn)方式，同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、帶狀線和微帶線都可構(gòu)成定向耦合器，本文利用了帶狀線來實(shí)現(xiàn)定向耦合器。定向耦合器是一種四端口器件，且各個(gè)端口均是匹配的。它是在微波與雷達(dá)饋線技術(shù)中廣泛應(yīng)用的元件之一。環(huán)形定向耦合器的各項(xiàng)指標(biāo)包括耦合度、隔離度、方向性、輸入駐波比、頻帶寬度等

8、。本文主要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)中心頻率為0.9GHz 的帶狀線定向耦合器，其頻率帶寬為0.8GHz1.0 GHz，耦合度為3dB，結(jié)合微波網(wǎng)絡(luò)散射矩陣的計(jì)算， 根據(jù)所給定的仿真軟件設(shè)計(jì)指標(biāo)，以及題目要求，確定耦合器的類型、結(jié)構(gòu)，利用HFSS仿真軟件來設(shè)計(jì)出帶狀線定向耦合器的電路模型，并根據(jù)定向耦合器的S 參數(shù)進(jìn)行仿真，并達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞帶狀線定向耦合器HFSS S 參數(shù)Title Simulation design of annular directional couplerAbstractDirectional coupler can have many ways, coaxial, re

9、ctangular, circular waveguide, strip line and micro strip line can form a directional coupler, the strip line to realize directional coupler.Directional coupler is a four port devices, and each port are matching. It is in the microwave and radar technology is widely applied in one element. Annular d

10、irectional coupler indicators including coupling, isolation, direction, the input in Bobbi, band width.This paper is mainly to achieve a center frequency of 0.9GHz strip line directional coupler, the frequency bandwidth of 0.8GHz1.0GHz, coupling degree 3dB, combined with microwave network calculatio

11、n of scattering matrix, according to the given simulation software design index, and the subject requirements, determine the coupling device type, structure, using HFSS simulation software to design a strip line directional coupler circuit model, and according to the directional coupler S simulation

12、 parameters, and to achieve the desired design requirements.HFSS The S parameterKeywords Strip line Directional coupler TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 前言 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 微波基礎(chǔ)理論 2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 微波及其特點(diǎn) 2 HYPERLINK l bookm

13、ark18 o Current Document 微波集成傳輸線 4微帶線和帶狀線 4帶狀線的概述 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 微波網(wǎng)絡(luò)傳輸散射矩陣 4 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 微波四端口元器件 7 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 多端口微波器件簡(jiǎn)述 7 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)的基本性質(zhì) 7 HYPERLINK l bookmark53 o Cu

14、rrent Document 定向耦合器基本概念 8定向耦合器的簡(jiǎn)單機(jī)理 9對(duì)稱理想定向耦合器的散射矩陣 10 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)11耦合度 C 11隔離度 I 12帶寬的各種定義 12 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 180混合電橋 13 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document Ansoft HFSS 仿真軟件的原理及應(yīng)用 15 HYPERLINK l bookmark93 o Current Documen

15、t HFSS發(fā)展歷程 15 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document HFSS仿真原理 15 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document AnsoftHFSS 仿真軟件的應(yīng)用和特點(diǎn) 16AnsoftHFSS仿真軟件的應(yīng)用 16AnsoftHFSS的優(yōu)越性 16AnsoftHFSS仿真微波器件的一般步驟 17 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document HFSS設(shè)計(jì)流程 17 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 利用 Anso

16、ft HFSS 設(shè)計(jì)環(huán)形定向耦合器 18 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 設(shè)計(jì)要求 18 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 仿真過程與測(cè)試結(jié)果 18 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 結(jié)論 26 HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 致謝 27 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 參考文獻(xiàn) 28附錄 29北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

17、前言本人的論文題目是環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)。定向耦合器是一種通用的微波、毫米波部件，可用于信號(hào)的隔離、分離和混合，如功率的監(jiān)測(cè)、源輸出功率穩(wěn)幅、信號(hào)源隔離、傳輸和反射的掃頻測(cè)試等。主要技術(shù)指標(biāo)有方向性、駐波比、耦合度、插入損耗。隨著航空和航天技術(shù)的發(fā)展，要求微波電路和系統(tǒng)做到小型化、輕量化和性能可靠，于是出現(xiàn)了帶狀線和微帶線。隨后由于微波電路與系統(tǒng)的需要又相繼出現(xiàn)了鰭線、槽線、 共面波導(dǎo)和共面帶狀線等微波集成傳輸線。這樣就出現(xiàn)了各種傳輸線定向耦合器。微波的傳統(tǒng)應(yīng)用是雷達(dá)和通信，這是微波作為信息載體的應(yīng)用?，F(xiàn)在雷達(dá)大多數(shù)是微波雷達(dá)，利用微波工作的雷達(dá)可以使用尺寸較小的天線，來獲得很窄的波束寬度

18、，以獲取關(guān)于被測(cè)目標(biāo)性質(zhì)的更多的信息。由于微波具有頻率高、頻帶寬、信息量大的特點(diǎn)，所以也被廣泛應(yīng)用于各種通信業(yè)務(wù)。第一個(gè)真正意義上的定向耦合器由H.A.Wheeler 在 1944 年設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，Wheeler 使用了一對(duì)長(zhǎng)為四分之一中心頻率波長(zhǎng)的圓柱來實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的能量相互耦合，遺憾的是這種方法只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)倍頻程的帶寬。本文研究了微波網(wǎng)絡(luò)散射矩陣的計(jì)算，利用仿真軟件Ansoft HFSS 設(shè)計(jì)環(huán)形混合電橋，進(jìn)而很好的理解和掌握微波集成傳輸線的傳輸特性、微波元器件的端口特性、耦合器的參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，HFSS 以其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作

19、界面，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、通信等多個(gè)領(lǐng)域，幫助工程師們高效的設(shè)計(jì)各種高頻結(jié)構(gòu)，包括：射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結(jié)構(gòu)、電真空器件，研究目標(biāo)特性和系統(tǒng)部件的電磁兼容電磁干擾特性，從而降低設(shè)計(jì)成本，減少設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。微波基礎(chǔ)理論微波及其特點(diǎn)微波技術(shù)已有幾十年的發(fā)展歷史，現(xiàn)已成為一門比較成熟的學(xué)科。在雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、遙感、電子對(duì)抗以及工農(nóng)業(yè)和科學(xué)研究等方面，微波技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。微波技術(shù)是無線電電子學(xué)中一門相當(dāng)重要的學(xué)科，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著重要的作用。微波是一種頻率

20、非常高的電磁波。把波長(zhǎng)從1m 到 0.1mm 范圍內(nèi)的電磁波稱為微波。微波波段對(duì)應(yīng)的頻率范圍為: 3 108Hz 31012Hz。1）似光性（波長(zhǎng)短）微波波長(zhǎng)較短時(shí)：當(dāng)微波的波長(zhǎng)比地球上的宏觀物體（如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、建筑物等 ）的幾何尺寸小得多時(shí)，微波照射到這些物體上時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。此直線傳播的特點(diǎn)與幾何光學(xué)相似，故可以說微波具有“似光性 ”。利用這一特殊，可以制成體積小、方向性很強(qiáng)的微波天線，用來發(fā)射或接收微弱的微波信號(hào)，從而為雷達(dá)、微波中繼通信、衛(wèi)星通信和導(dǎo)彈等提供必要條件。微波最早的應(yīng)用實(shí)例 雷達(dá)。微波波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)：當(dāng)微波的波長(zhǎng)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備（比如波導(dǎo)、微帶、諧振腔呈其它微波元件）

21、的尺寸相比在同數(shù)量級(jí)時(shí)，使得電磁能量分布于整個(gè)微波電路之中，形成所謂“分布參數(shù)”系統(tǒng)。這與低頻電路有原則區(qū)別，因?yàn)榈皖l時(shí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)能量是分別集中于所謂“集總參數(shù)”的各個(gè)元件中。2）頻率高因?yàn)槲⒉úǘ蔚恼袷幹芷谠?0-910-13s數(shù)量級(jí)，而普通電真空器件中電子的渡越時(shí)間一般為10-9s 數(shù)量級(jí)，就是說二者屬于同一數(shù)量級(jí)。于是，在低頻時(shí)被忽略了的電子慣性，亦即電磁波與電子間的相互作用、極間電容和引線電感等的影響就不能再忽視了。普通電子管已不能用做微波振蕩器、放大器或檢波器了，代之而來的則是建立在新的原理基礎(chǔ)上的微波電子管、微波固體器件和量子器件，同時(shí)伴隨頻率的升高、高頻電流的趨膚效應(yīng)、傳輸系統(tǒng)的

22、輻射效應(yīng)以及電路的延時(shí)效應(yīng)（相位滯后）等明顯地表露出來。由于微波頻率極高，它的實(shí)際可用頻帶很寬，可達(dá)109Hz 數(shù)量級(jí)，這是低頻無線電波無法比擬的。頻帶寬意味著信息容量大，因而微波可作為多路通信的載頻。另外，微波受外界干擾小，且不受電離層變化影響，通信質(zhì)量高于低頻無線電波。3）具有穿透性利用微波本身的高頻振蕩，微波可以穿透電離層。由于微波不能被電離層所反射，所以微波的地面通信只限于天線的視距范圍之內(nèi)，遠(yuǎn)距離微波通信需要用中繼站接力。另一方面，利用微波能穿透電離層，可以利用微波進(jìn)行宇航通信、衛(wèi)星通信和射電天文學(xué)研究等，因此微波開辟了電磁波譜中的一個(gè)的“宇宙窗口 ”。微波還可以穿過生物體，即能夠深

23、入物質(zhì)（介質(zhì)）內(nèi)部，研究分子和原子核的結(jié)構(gòu)，是近代微波波譜學(xué)和量子電子學(xué)所依據(jù)的基本物理基礎(chǔ)。在微波波段有若干個(gè)可以通過電離層的“宇宙窗口”，因而微波是獨(dú)特的宇宙通訊手段。4）量子特性由于低頻電波的頻率很低，量子能量很小，不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子間的鍵，量子特性不明顯。微波波段的電磁波，單個(gè)量子的能量為10-6 10-3eV。而一般順磁物質(zhì)在外磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的能級(jí)間的能量差額介于10-510-4eV 之間， 因而電子在這些能級(jí)間躍遷時(shí)所釋放或吸收的量子的頻率是屬于微波范疇的。因此，微波可用來研究分子和原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。同樣在超低溫時(shí)物體吸收一個(gè)微波量子也可產(chǎn)生顯著反應(yīng)。上述兩點(diǎn)對(duì)近代

24、尖端科學(xué)，如微波波譜學(xué)、量子無線電物理的發(fā)展都起著重要作用。利用此特性和原理，可研制適用于許多微波波段的器件。微波集成傳輸線微帶線和帶狀線（ 1）微帶線是一根帶狀導(dǎo)（信號(hào)線），與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的，則他的特性阻抗也是可以控制的。（ 2）帶狀線是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特性阻抗也是可控的。帶狀線的概述帶狀線由上、下兩塊接地板和中間的導(dǎo)體組成，導(dǎo)體位于上、下接地板的對(duì)稱面上，導(dǎo)體帶與接地板之間可以是空氣或填充其他介質(zhì)，它非常適合光刻加工制造

25、。上、下接地板之間的距離為b，之間導(dǎo)體的寬度為W，厚度為t，中間導(dǎo)體位于b 的之間。實(shí)際中的帶狀線通常是把中間導(dǎo)體蝕刻在 b/2 的有接地平面的基片上，然后覆蓋另一塊厚度相同的有接地平面的基片而構(gòu)成的。帶狀線：一條置于2 個(gè)平行的地平面（或電源平面）之間的電介質(zhì)之間的一根高頻傳輸導(dǎo)線。一般來說，地平面與導(dǎo)線之間是絕緣介質(zhì)。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特性阻抗也是可控的。帶狀兩邊都有電源或者底層，因此阻抗容易控制，同時(shí)屏蔽較好，但是信號(hào)速度慢些。帶狀線是TEM 波，而微帶線是準(zhǔn) TEM 波。微波網(wǎng)絡(luò)傳輸散射矩陣在微波頻段，電壓和電流已失去明確的物理

26、意義，難以直接測(cè)量，同時(shí) Z 參數(shù)和 Y 參數(shù)也難以測(cè)量（開路條件和短路條件在高頻的情況下難以實(shí)現(xiàn)） 。散射參數(shù)，簡(jiǎn)稱S 參數(shù)。 （可直接測(cè)量）普通散射參數(shù)：行波散射參數(shù)。其物理內(nèi)涵是以特性阻抗匹配為核心，它在測(cè)量技術(shù)上的外在表現(xiàn)形態(tài)是電壓駐波比VSWR ；廣義散射參數(shù)：功率散射參數(shù)。是以共軛匹配（最大功率匹配）為核北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 心，它在測(cè)量技術(shù)上的外在表現(xiàn)形態(tài)是失配因子M 。普通散射參數(shù)的定義普通散射參數(shù)是用 網(wǎng)絡(luò)各 端 口的入 射 電壓波和出射電絡(luò)特性的波矩陣。Vi(Z) V0ie yz V0i eyz Vi (z) Vi (z)yzyzV0i eV0i eIi(Z

27、)Ii (z) Ii (z)Z0i則可得1ViV0ie yzVi(z) Z0iIi (z)2yz 1ViV0ieyz2 Vi (z) Z0iIi(z)壓波來描述網(wǎng)式( 2-1 )式(2-2)兩邊除以Z0i ，定義如下歸一化入射波和歸一化出射波。Vi1Vi (z)ai(z)i 1 iZ0iIi(z)Z0i2Z0iVi1Vi(z)bi (z)Z0i I i (z) HYPERLINK l bookmark28 o Current Document Z0i2Z0i則第 i 端口的行波反射系數(shù)為bi(z)V0iez Zi(z) Z0i (zai (z)V0ie z Zi(z) Z0i i則解為Vi (

28、z)Z0i ai (z)bi(z)1Ii (z)ai (z)bi(z)Z0i式(2-3)式( 2-4)式(2-5)或歸一化電壓和歸一化電流Vi (z)I i (z)ViZ(z0i)ai (z) bi (z)Ii(z) Z0iai (z) bi(z)式(2-6)為自變量，歸一化出射波振幅為因變量，則北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 可得線性N 端口微波網(wǎng)絡(luò)的行波散射矩陣為式（2-7）或 b Sa式中NSij ajSiN aN式（ 2-8）biSij ajSi1a1Si2a2j1散射矩陣元素的定義為SijSiibiaiVk0,k jajbiViViak 0,k i iVk0,k i式（2-9）

29、當(dāng)除 j 以外的其他端口的入射波為零時(shí)（即接匹配負(fù)載時(shí)），Sij 為在端口 j 用入射電壓波aj激勵(lì)，測(cè)量端口i 的出射電壓振幅bi來求得。 （兩者的比例）散射參數(shù)的物理意義：Sii 是當(dāng)所有其它端口接匹配負(fù)載時(shí)端口i 的反射系數(shù)，Sij是當(dāng)所有其它端口接負(fù)載時(shí)從端口j 至端口 i 的傳輸系數(shù)。微波四端口元器件多端口微波器件簡(jiǎn)述任何一個(gè)微波系統(tǒng)都是由很多功能不同的微波器件和有源電路組成，微波器件在系統(tǒng)中起著微波能量的定向傳輸、分配、衰減、儲(chǔ)存、隔離、濾波、相位控制、波形轉(zhuǎn)換、阻抗匹配與變換的作用。微波器件的種類繁多，按導(dǎo)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類，可分為波導(dǎo)型、同軸線型、微帶線型等；按工作波形分類，可分為

30、單模元件和多模元件；按功能分類，分為：匹配元件、連接元件、定向耦合元件、濾波元件、衰減與相移元件、諧振器等。按端口的數(shù)目分為單端口、雙端口、n 端口器件。如按網(wǎng)絡(luò)特性分類，則分為：線性與非線性網(wǎng)絡(luò)、互易與非互易網(wǎng)絡(luò)、有耗與無耗網(wǎng)絡(luò)、對(duì)稱與非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)。與低頻電路的設(shè)計(jì)不同，微波系統(tǒng)無論有源還是無源，都必須考慮阻抗匹配問題，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計(jì)微波電路與系統(tǒng)時(shí)采用最多的電路元件。這主要是由于微波電路傳輸?shù)氖码姶挪ǘ皇堑皖l電路的電壓和電流。如不匹配，將會(huì)引起反射，造成傳輸能量的損失。本文研究的是微波多端口器件，它們?cè)谖⒉▊鬏斚到y(tǒng)中有多個(gè)端口與傳輸線或其他器件相連，如果器件不匹配，在接頭處會(huì)引起不同程

31、度的反射，造成傳輸能量的損耗，使器件性能變差。所以，匹配的性能良好的微波器件是所追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)制作微波器件方法是手工計(jì)算與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合。但由于微波器件本身就有很多沒有或者無法細(xì)致考慮的因素，因此，設(shè)計(jì)微波器件的主要難點(diǎn)是在進(jìn)行多次計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還要經(jīng)行大量細(xì)致的調(diào)試工作。因?yàn)槲⒉üぷ黝l率高，元件尺寸小，尺寸稍有偏差，微波器件性能就可能發(fā)生很大的變化。當(dāng)然調(diào)試優(yōu)化工作可以由仿真軟件協(xié)助完成。微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，對(duì)電路的性能要求越來越高，電路的功能越來越多，電路的尺寸要求越做越小，而設(shè)計(jì)周期越來越短，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，使用微波EDA 軟件進(jìn)行微波元器件與微

32、波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)的基本性質(zhì)（ 1）無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)可以完全匹配，且為一個(gè)理想定向耦合器。（ 2）有理想定向性的無耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)不一定四個(gè)端口均匹配，故四個(gè)端口匹配時(shí)定向耦合器的充分條件，而不是必要條件。（ 3）有兩個(gè)端口匹配且互易隔離的無耗可逆四端口電路必為一個(gè)理想的定向耦合器。定向耦合器基本概念定向耦合器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的元件：它是一種具有方向性功率分配器。它的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，它用于提取波導(dǎo)系統(tǒng)中的部分能量以便監(jiān)視該系統(tǒng)的功率、頻率和匹配情況，或觀察脈沖形狀和比較相位，或用在微波鑒頻器中以穩(wěn)定微波源，有時(shí)在微波接受系統(tǒng)中，用以向微

33、波系統(tǒng)引入本機(jī)震蕩能量。定向耦合器的種類繁多，結(jié)構(gòu)迥異，分析方法也不盡相同，按傳輸線類型分，有波導(dǎo)定向耦合器、同軸線定向耦合器、帶狀線或微帶定向耦合器等；按耦合輸出方向分，有同向定向耦合器和方向定向耦合器等；按耦合強(qiáng)弱分，有強(qiáng)耦合定向耦合器和弱耦合定向耦合器等。盡管如此，所有類型的定向耦合器都有共通的特性：當(dāng)其中一端口有微波能輸入時(shí)，其余三端口之一應(yīng)無輸出。定向耦合器常用于對(duì)規(guī)定流向微波信號(hào)進(jìn)行取樣。在無內(nèi)負(fù)載時(shí)，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡(luò)。定向耦合器常有兩種方法實(shí)現(xiàn)，一為耦合定向耦合器，其耦合區(qū)長(zhǎng)度為四分之一的整數(shù)倍，其直接輸出和耦合輸出端口在結(jié)構(gòu)上不相鄰，輸出相位差往往是90 度或 18

34、0 度，剩余的一個(gè)端口稱為隔離端，理論上隔離端不輸出任何能量。另一種為分支線定向耦合器，兩輸出端口結(jié)構(gòu)上相鄰，輸出相位差也可以實(shí)現(xiàn)90 度或 180 度，常用語(yǔ)強(qiáng)耦合場(chǎng)合。參數(shù)說明：耦合度：當(dāng)其余端口接匹配負(fù)載時(shí)，耦合端輸出功率與主線輸入功率之比。耦合損耗：由于一定能量傳輸?shù)今詈隙硕鹬骶€輸出功率減小，它等于主線插入損耗的理論值。主線損耗：當(dāng)匹配負(fù)載接主線外各端口時(shí)，主線插入損耗包括能量耦合損耗和能量耗散損耗兩方面。方向性：當(dāng)功率在指定方向上傳輸時(shí)，耦合端口的輸出功率與同樣功率在相反方向傳輸時(shí)同一耦合端口的輸出功率之差。同樣，在耦合器上標(biāo)注的功率是指輸入端口的最大輸入功率，輸出口和耦合端口不

35、能用標(biāo)注的最大功率輸入。輸出口和耦合端口的最大輸入功率由耦合度和負(fù)載電阻決定。定向耦合器的簡(jiǎn)單機(jī)理圖 3-1 給出了波導(dǎo)窄壁雙孔定向耦合功率的原理圖。圖中耦合孔位于波導(dǎo)的公共窄壁上，兩孔大小形狀相同，間距為g/ 4，若功率從端口1輸入，則稱端口1 和 2 之間的波導(dǎo)為主導(dǎo)，端口3 和 4 之間的波導(dǎo)為副波導(dǎo)。振幅為a1 的入射波，攜帶功率P1 由端口 1 輸入，經(jīng)小孔耦合，在副波導(dǎo)中激勵(lì)起向左右方向傳輸?shù)膬蓚€(gè)波，在圖中標(biāo)明為a 波和 b 波。有典型波導(dǎo)中TE10 模的場(chǎng)型分布可知，這里的小孔耦合主要是磁耦合，這種單一的磁耦合是不可能有方向性的，所以a 波和 b 波兩者幅度相等，均為 k|a1|

36、，這里k 1，稱之為耦合系數(shù)。由于k 1，故可忽略第小孔分功率后對(duì)P1 的影響，而認(rèn)為主波導(dǎo)中第小孔處的入射波功率仍為P1，經(jīng)小孔耦合在副波導(dǎo)中再次激勵(lì)起想做有兩個(gè)方向傳輸?shù)腶 波和b波，他們幅度相等，仍為k|a1|。由于兩空間距為g/ 4，從圖中可見，傳輸?shù)絋4 參考面上的a 波相對(duì)于a 波行程上多走了（g/ 4 ）2= g/ 2，故相位上滯后 ，因此兩波相互抵消，使得端口4 的輸出功率P4=0；而端口3上的 b 波和b 波兩者行程一樣，故應(yīng)同向疊加，使得在此，端口3 稱為耦合臂，端口12 P3 12(2k|a1 |)22k2|a1|2式（ 3-1 ）4 稱為隔離臂，端口2 稱為直通臂。3-

37、1 波導(dǎo)定向耦合器原理圖雙孔定向耦合器明顯的缺陷是只能在窄頻帶情況下是用，為了展開工作頻帶，措施之一是增加小孔數(shù)目，讓個(gè)孔的半徑不相等，或者將耦合空加工成橢圓形或長(zhǎng)槽形，這樣就有可能在一個(gè)較寬的頻帶內(nèi)，經(jīng)這些小孔耦合的眾多的波在隔離臂近似互相抵消，而在耦合臂得以加強(qiáng)。3.3.2 對(duì)稱理想定向耦合器的散射矩陣對(duì)稱理想耦合器存在兩種。第一類，假設(shè)端口結(jié)構(gòu)對(duì)稱，端口2 和 3 也完全隔離，即結(jié)構(gòu)對(duì)稱還使散射參數(shù)有下關(guān)系：S14S23S41S32S11S44S22S33 ，S13S42 ,S12設(shè)網(wǎng)絡(luò)各端口均已調(diào)匹配，即Sii=0 （ 1 ， 2，3， 4）理想無耗定向耦合器滿足的條件sHsH可見故第

38、一類對(duì)稱定向耦合器的散射矩陣為sS12S130S120S130S13S12S13S120sH s 1s 第一列，得|S12 |2|S13 |2s 的第四列，得S12S13S13S120S12S13 為純虛數(shù)，其中一種可能是S12S13jS4 完全隔離，由于式（3-2）S43式（3-3）式（3-4）式（3-5）式（3-6）式（3-7）式（3-8）式（3-9）由此可以看出第一類對(duì)稱理想定向耦合器的一個(gè)特點(diǎn)，在直通臂和耦合臂的外向波之間存在著90的相位差。對(duì)于第二類對(duì)稱理想定向耦合器，假設(shè)端口1 和 3 完全隔離，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，端口2 和 4 也完全隔離，即S13S42S42S310式（ 3-1

39、0）S43式（ 3-11 ）結(jié)構(gòu)對(duì)稱使散射參數(shù)有下列關(guān)系：S11S44S22S33,S14S23,S12設(shè)網(wǎng)絡(luò)各端口均已調(diào)好匹配，Sii=0 （ 1， 2， 3， 4） ，綜合以上特點(diǎn)，并考慮到該對(duì)稱四端口網(wǎng)絡(luò)的無耗互易性，最好得第二類對(duì)稱理想耦合器 的散射矩陣為 0 0j 0j0S0 j 0式（ 3-12）j00定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)有耦合度C、方向性D、隔離度I、插損IL 、電壓駐波比VSWR 和帶寬等。在圖3-2 中，我將端口1 的輸入功率定義為 P1 ，端口2、 3 和 4 的輸出功率分別定義為P2， P3， P4。圖 3-2 單節(jié)耦合線耦合器耦合度 C耦合度

40、定義為輸入端和耦合端的功率之比，即式（ 3-13）c 10lgp3p1耦合度是一個(gè)負(fù)數(shù)，在習(xí)慣上往往稱其絕對(duì)值，即分貝數(shù)越小耦合越 強(qiáng)，分貝數(shù)越大耦合越弱。稱為“分貝耦合系數(shù)”或簡(jiǎn)稱為“分貝耦合” 顯然，由于輸入功率總是大于輸出功率，故此分貝數(shù)必為復(fù)制。但習(xí)慣上只說它的絕對(duì)值，而不提及符號(hào)，例如“3db 定向耦合器”，實(shí)際上它的分貝耦合系數(shù)為-3dB 。分貝耦合越大，表明耦合到副通道的能量越少，耦合越弱。電壓耦合系數(shù)定義為：主通道輸入電壓（設(shè)由端口1 輸入）與副通道輸出電壓（設(shè)由端口2 輸出）之比，可表示為式（3-14）C壓 =| 2隔離度 I在理想的情況下，副通道中一個(gè)端口有輸出時(shí)，另一個(gè)相

41、反端口應(yīng)沒有輸出。但實(shí)際上由于設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)不佳，另一端口常有一些輸出。用此正反向兩個(gè)輸出功率之比的分貝數(shù)來表示定向傳輸?shù)男阅?，則稱為“定向性系數(shù)”或簡(jiǎn)稱“定向性”。設(shè)副通道中端口2 為所需輸出端口，端口3 為隔離端口，則定向性系數(shù)定義為隔離度定義為輸入端與隔離端的功率之比，即式（ 3-15）D=101g( p3p4D 越大， 說明定向性越好，或者說輸入端口與隔離端口的隔離度越好。理想情況下，P3 0, D 。實(shí)用中常對(duì)通帶中的D 提出一個(gè)最低要求，例如大于20dB。除了上面兩個(gè)主要的參量外，一般還有隔離度，以及作為功率輸入的1 端口反射系數(shù)S11 等。隔離度與方向性和耦合度的關(guān)系是D=C+I式（

42、 3-16）帶寬的各種定義耦合器的帶寬是指 耦合器 在 一定條 件 下能滿足一定技 巧指標(biāo)要求的工作頻率范圍，包括絕對(duì)帶寬、相對(duì)帶寬、倍頻程和帶寬比。絕對(duì)帶寬的定義是率。fm a x f m式（ 3-17）式中 fmax表示耦合器的最高工作頻率，fmin 表示耦合器的最低工作頻相對(duì)帶寬的定義是相對(duì)帶寬f 100%f0式中 f0 （ fmaxf min） / 2為中心工作頻率。倍頻程的定義為fmax2nfmin其中 n 就是指倍頻程。帶寬比的定義是B fmaxfmin式（ 3-18）式（ 3-19）式（3-20）180混合電橋180混合結(jié)是一種在兩個(gè)輸出端口之間有180相移的四端口網(wǎng)絡(luò)。它也可以

43、工作在同相輸出。180 混合網(wǎng)絡(luò)所用的符號(hào)如圖3-3 所示。施加到端口 1 的信號(hào)將在端口2 和端口 3 被均勻分成兩個(gè)同相分量，而端口4將被隔離。若輸入施加到端口4，則輸入將在端口2 和端口 3 等分成兩個(gè)有180相位差的分量，而端口 1 將被隔離。當(dāng)做為合成器使用時(shí)，輸入信號(hào)施加在端口2 和端口3，在端口1 將形成輸入信號(hào)的和，而在端口4則形成輸入信號(hào)的差。因此端口1 稱為和端口，端口4 稱為差端口。所以理想的 3dB 的 180混合網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣又下列形式0S j 1210110001001110式（ 3-21 ）圖 3-3 180 混合電橋 可以證明這個(gè)矩陣式幺正的和對(duì)稱的。180混合

44、網(wǎng)絡(luò)可以制作成幾種形式：環(huán)形混合網(wǎng)絡(luò)或稱環(huán)形波導(dǎo)容易制成平面形式，但也可以支撐波導(dǎo)形式。另一類平面型180混合網(wǎng)絡(luò)使用漸變匹配線和耦合線。此外，還有另一種類型的混合網(wǎng)絡(luò)是混合波導(dǎo)Ansoft HFSS 仿真軟件的原理及應(yīng)用HFSS發(fā)展歷程HFSS 軟件是由美國(guó)Ansoft 公司開發(fā)的世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件，是目前國(guó)際上主流的三位高頻電磁場(chǎng)仿真軟件之一。HFSS 是一種基于物理原型的EDA 設(shè)計(jì)軟件。2003 年 2 月美國(guó) Ansoft 公司與美國(guó)安捷倫科技公司簽訂了一項(xiàng)協(xié)議，Ansoft 公司收購(gòu)安捷倫公司的高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件，安捷倫公司將停止生產(chǎn)HFSS 軟件，同時(shí)購(gòu)買6

45、0 套 Ansoft 公司 HFSS 軟件， Ansoft 推出 v8.0 版本。同年 5 月 Ansoft 公司發(fā)布了HFSS 最新版本V9.0， 即基于三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2005 年 8 月 Ansoft 公司在美國(guó)發(fā)布HFSSV10.0. 為了便于提高設(shè)計(jì)與分析效率，與現(xiàn)有版本相比，強(qiáng)化了CAD 工具和其他分析工具間的配合。HFSSV10.0 還新增了讀取其他分析工具結(jié)果的“Data Link ”功能。能夠利用此功能，與Ansoft 的信號(hào)完整性分析工具SI wave 進(jìn)行協(xié)作分析。HFSSV10.0 追加了芯片封裝與印制電路板的協(xié)作分析功能，減輕了波形分 析的處理

46、負(fù)荷。HFSS仿真原理HFSS 采用的理論基礎(chǔ)是有限元方法。有限元法師一種積分方法，其解是頻域的，所以HFSS 是由頻域到時(shí)域，對(duì)于設(shè)計(jì)各種輻射器及求本征模問題很有效。HFSS 應(yīng)用切向矢量有限元法。所謂的有限元法，就是將整個(gè)區(qū)域分割成許多很小的子區(qū)域，這些子區(qū)域通常稱為“單元“或”有限元“，將求解邊界問題的原理應(yīng)用于這額子區(qū)域中，求解每個(gè)小區(qū)域，通過選取恰當(dāng)?shù)膰L試函數(shù)，使得對(duì)每一個(gè)單元的計(jì)算變得非常簡(jiǎn)單，通過對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行重復(fù)而簡(jiǎn)單的計(jì)算，再將其結(jié)果總和起來，便可以得到用整個(gè)矩陣表達(dá)的整個(gè)區(qū)域的解，這一整體矩陣又常常是稀疏矩陣，可以更進(jìn)一步簡(jiǎn)化和加快求解過程。由于計(jì)算機(jī)非常適合重復(fù)性計(jì)算和處

47、理過程，因此整體矩陣的形成過程很容易使用計(jì)算機(jī)處理來實(shí)現(xiàn)。Ansoft HFSS 仿真軟件的應(yīng)用和特點(diǎn)Ansoft HFSS 仿真軟件的應(yīng)用Ansoft HFSS 仿真軟件是一個(gè)基于有限元法的電磁仿真軟件，是一個(gè)計(jì)算電磁結(jié)構(gòu)的交互軟件包。HFSS 在強(qiáng)大、直觀的環(huán)境下為研制微波、射頻、高速數(shù)字部件及系統(tǒng)，提供了無可匹敵的精確度。在HFSS 的桌面上，你能找到HFSS 的全套功能，這是一個(gè)可以完全支持基于三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)的界面。HFSS 能進(jìn)行全面的全參數(shù)化設(shè)計(jì)，從幾何結(jié)構(gòu)、材料特性到分析、控制及所有后處理。該軟件強(qiáng)大的參數(shù)化三維建模能力和高性能的圖形能力，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。HFSS 有多個(gè)機(jī)制

48、允許設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的需要去制作用戶特定的設(shè)計(jì)流程。視窗、對(duì)話框、工具欄、甚至菜單均可被用戶通過配置或缺省來支持個(gè)性化參數(shù)定義。使用者可通過主菜單、工具欄、項(xiàng)目樹和文本欄來靈活操作界面命令計(jì)算模擬器，還包括分析電磁結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)問題時(shí)的后處理命令。使用Asoft HFSS 軟件能夠計(jì)算：基本電磁場(chǎng)數(shù)值解和開放邊界，近遠(yuǎn)場(chǎng)輻射問題。端口阻抗和傳輸常數(shù)。S 參數(shù)、相應(yīng)端口的歸一化阻抗和反射系數(shù)問題。（ 4）結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解。Ansoft HFSS 的優(yōu)越性首先，其強(qiáng)大的三維建模功能為我們?cè)O(shè)計(jì)各種形狀的微波元器件稱為可能。 HFSS 提供了長(zhǎng)方形、圓形、直線等平面基本圖形。圓柱、圓錐、長(zhǎng)方體等各種立體

49、基本圖形，使構(gòu)造各種形狀的微波元器件變得簡(jiǎn)單易行。其次，HFSS 提供了元件的材料庫(kù)。我們可以隨心所欲設(shè)置元件的材料性能。第三，HFSS 提供了各種頻率的激勵(lì)源，我們可以隨意設(shè)置，最終找到所涉及微波元器件的中心頻率。第四，HFSS 提供了多端口網(wǎng)絡(luò)的電磁場(chǎng)分布圖和S 參數(shù)，使我們能方便地考察涉及元器件性能。第五，HFSS 提供的優(yōu)化分析功能能使我們得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。Ansoft HFSS 仿真微波器件的一般步驟（ 1）建立微波器件的二維模型。（ 2）設(shè)定匹配元件的變量。（ 3）通過觀察器件的S 參數(shù)和反射系數(shù)，分別對(duì)各個(gè)變量進(jìn)行優(yōu)化分析。對(duì)各個(gè)變量的優(yōu)化分析結(jié)果經(jīng)行綜合分析，最終找到最優(yōu)化的

50、參數(shù)。HFSS設(shè)計(jì)流程啟動(dòng) HFSS 軟件，新建一個(gè)工程。（ 2）選擇求解類型。在HFSS 中有三種求解類型：模式驅(qū)動(dòng)求解，終端驅(qū)動(dòng)求解和本征模求解。（3）創(chuàng)建參數(shù)化設(shè)計(jì)模型。在HFSS 設(shè)計(jì)中，創(chuàng)建參數(shù)化模型包括：構(gòu)造出準(zhǔn)確的幾何模型，指定模型的材料屬性以及準(zhǔn)確地非配邊界條件和端口激勵(lì)。（ 4）求解設(shè)置。求解設(shè)置包括定求解頻率，收斂誤差和網(wǎng)絡(luò)剖分最大迭代次數(shù)等信息；如果需要進(jìn)行掃頻分析，還需要選擇掃頻類型并指定掃頻范圍。（ 5）運(yùn)行仿真計(jì)算。在HFSS 中，仿真計(jì)算的過程是全自動(dòng)的。軟件根據(jù)用戶指定的求解設(shè)置信息，自動(dòng)完成仿真計(jì)算，無需用戶干預(yù)。（ 6）數(shù)據(jù)后處理，查看計(jì)算結(jié)果，包裹S 參數(shù)

51、，場(chǎng)分布，電流分布，諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)Q，天線輻射方向圖等。另外， HFSS 還集成了Ansoft 公司的 Optimetrecs 設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊，可以對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行參數(shù)掃描分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)諧分析，靈敏度分析和統(tǒng)計(jì)分析。利用 Ansoft HFSS 設(shè)計(jì)環(huán)形定向耦合器1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求如下：1輸入端口的特性阻抗50 歐姆 ；2輸出端口的特性阻抗50 歐姆；3中心頻率f=0.9GHz;4頻帶0.8GHz1.0 GHz ； TOC o 1-5 h z 5散射參數(shù)兩個(gè)輸出端口3dB。2 仿真過程與測(cè)試結(jié)果運(yùn)行 HFSS 并新建工程，設(shè)置求解類型。設(shè)置當(dāng)前設(shè)計(jì)為終端驅(qū)動(dòng)求解類型。如圖5-15-1 設(shè)

52、置求解類型2.設(shè)置默認(rèn)的長(zhǎng)度單位為毫米單位。如圖5-25-2 “長(zhǎng)度單位設(shè)置”對(duì)話框3.建模相關(guān)選項(xiàng)設(shè)置如圖5-3圖 5-3 3 D Modeler Options 對(duì)話框4.定義變量length 。如圖 5-4定義一個(gè)設(shè)計(jì)變量length ，設(shè)置其初始值為24.5mm5-4 添加設(shè)計(jì)變量.添加新材料。如圖5-5向材料庫(kù)中添加新的介質(zhì)材料，并設(shè)置其為建模時(shí)使用的默認(rèn)材料；新添加材料的相對(duì)介電常數(shù)為2.33，介質(zhì)損耗正切為0.000429 。對(duì)話框5-5 View/Edit Material.創(chuàng)建帶狀線介質(zhì)層模型。6，表示創(chuàng)建的是正六邊體圖 5-6 所示的對(duì)話框，對(duì)話框中輸入數(shù)字 模型。5-6

53、Segment Number 對(duì)話框5-7 “屬性”對(duì)話框 Command 選項(xiàng)卡界面5-8 “屬性”對(duì)話框的 Attribute 選項(xiàng)卡界面設(shè)置。圖 5-9 新建的正六邊體模型7.創(chuàng)建帶狀線金屬層模型5-10 （ a）創(chuàng)建矩形面5-10 （ c）創(chuàng)建模型圖 5-10 （ d）生成完整的環(huán)形帶狀線模型圖 5-10 環(huán)形帶狀線生成過程.設(shè)置環(huán)形帶狀線Trace 為理想導(dǎo)體邊界如圖5-11圖 5-11 設(shè)置環(huán)形帶狀線Trace 為理想導(dǎo)體邊界.仿真與測(cè)試結(jié)果5-12 環(huán)形電橋的S 參數(shù)曲線結(jié)果說明：由圖5-12 可以看出在0.9GHz 處端口 1 和端口 4 的輸出分量分別為-7.18dB 和 -

54、11.75dB ，而端口2 和端口 3 的輸出分別為-3.65dB 和-5.10dB 。達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。6. 結(jié)論大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將過去，在這四年中，老師的諄諄教誨、同學(xué)無私的幫助，加上自己的刻苦努力，我掌握了大部分專業(yè)知識(shí)的理論，實(shí)際動(dòng)手能力也大為提高。在大學(xué)學(xué)習(xí)生活中，畢業(yè)設(shè)計(jì)算是對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)和動(dòng)手能力的一次綜合檢驗(yàn)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是環(huán)形定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)，這是對(duì)我的理論知識(shí)的一次綜合的考驗(yàn)。通過一個(gè)學(xué)期的努力，終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間內(nèi)，我一直在不斷的學(xué)習(xí)，通過查閱各種與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，使我了解了很多從課本上面學(xué)不到的知識(shí)，很多非理論的應(yīng)用性很強(qiáng)的知識(shí)

55、。我覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程，不僅是一個(gè)提高自己動(dòng)手能力的過程，更是證明自己大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的過程。通過對(duì)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)自己專業(yè)課的學(xué)習(xí)有了更直接、更全面的了解。在整個(gè)過程中，雖然出現(xiàn)了許多意想不到的問題，比如對(duì)理論基礎(chǔ)的掌握和Ansoft HFSS 軟件的一些細(xì)節(jié)操作，但是經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)和自己琢磨，我終于還是解決了這些問題。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的之后，給我感觸最深的是，細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)是克服困難并找到出路的關(guān)鍵。因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)在調(diào)試的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些莫名其妙的錯(cuò)誤，其實(shí)這些看似很小的錯(cuò)誤，大部分是由于細(xì)節(jié)問題所引起的。所以說，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很大的教育，那就是不管以后做什么事，都要抱著務(wù)實(shí)的態(tài)

56、度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。這樣才能給自己交一份滿意的答卷。致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)整整持續(xù)了近半年的時(shí)間，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。剛拿到這個(gè)課題時(shí)，覺得這個(gè)課題太難了。但是在今天回過去看看，卻十分的欣慰，因?yàn)槲页晒ν瓿闪宋业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)，克服了自己原以為很難克服的困難。這是我讀大學(xué)幾年下來工作量最大的一次，這也是對(duì)我大學(xué)幾年所學(xué)知識(shí)最好的檢驗(yàn)。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，提高了我很多的能力，比如實(shí)驗(yàn)水平、分析問題的能力、對(duì)問題執(zhí)著追求答案的毅力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等。在這期間凝結(jié)了很多人的心血，在此表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計(jì)。首先，我要特別感謝老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)期間，郭老師幫助我收集文獻(xiàn)資料，理

57、清設(shè)計(jì)思路，并提出有效的改進(jìn)方案。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神使我受益終生。感謝班里同學(xué)給予我無私的幫助，他們對(duì)我所遇到的難題的解答讓我受益匪淺。另外，我要感謝母校所有老師與同學(xué)幾年來對(duì)我的關(guān)心與支持，感謝各位老師在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求。同時(shí)也要感謝身邊同學(xué)的熱心幫助，沒有你們的支持與關(guān)心，就沒有我今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)！北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 參考文獻(xiàn)吳萬(wàn)春，梁昌洪.微波網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用M. 北京 :國(guó)防工業(yè)出版社，1980：50150.王新穩(wěn)，李萍.微波技術(shù)與天線M. 北京:電子工業(yè)出版社，2005： 350.吳明英，毛秀華.微波技術(shù)M. 西安 :

58、西北電訊工程學(xué)院出版社，1979：240.王文 祥 .微波工程基礎(chǔ)M. 成 都 :電子科技大學(xué)大功率微波真空電子學(xué)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2005： 136144.李嗣范 .微波元件原理與設(shè)計(jì)M. 北京:人民郵電出版社，1982： 168171.同潤(rùn) 卿， 李英 慧 .微 波技 術(shù) 基 礎(chǔ) M. 北 京 :北京理 工大學(xué)出版， 2004：139165.葛義榮 .定向耦合器在微波傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用M. 北京 :航空計(jì)測(cè)技術(shù)，2001 ： 3233.周萌. 帶狀線定向耦合器的分析與設(shè)計(jì). 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009： 15.廖 承 恩 . 微 波 技 術(shù) 基 礎(chǔ) M. 西 安 : 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 出 版 社 ， 1995： 100330.石德萬(wàn).波導(dǎo)帶狀線同軸線定向耦