實驗四 微波環(huán)形電橋元件的設計與仿真

1、實驗四 微波環(huán)形電橋元件的設計與仿真一、實驗目的1.設計一個微波環(huán)形電橋元件2.查看并分析該微波環(huán)形電橋元件的s參數二、實驗設備裝有hfss 13.0軟件的筆記本電腦一臺三、實驗原理在微帶電橋中，當信號從p2輸入時，由于p2端口到達p1端口和到達p3端口的長度相同，因此信號平分并等幅同相自p1端口和p3端口輸出，而沿p2p1p4,p2p3p4兩條路徑的距離相差，p2端口輸入的信號傳到p4端口形成大小相等、相位相反的兩路，從而在p4端口互相抵消而無輸出，p2端口與p4端口可看做互相隔離的。同理，若信號從p3端口輸入，信號將等幅同相自p4端口和p2端口輸出，而不會自p1端口輸出，p3端口和p1端口

2、是隔離的。若信號自p4端口輸入，p1端口和p3端口將等幅反相輸出。若信號自p1端口輸入，p4端口和p2端口將等幅反向輸出。四、實驗內容設計一個微波環(huán)形電橋元件，其指標要求如下：工作頻率為4ghz。環(huán)形電橋元件設計仿真中采用微帶結構實現。選用介質板的介電常數為r=2.33，厚度為h =2.286mm。最終獲得s參數曲線的仿真結果。五、實驗步驟1.建立新工程了方便建立模型，在tooloptionshfss options中講duplicate boundaries with geometry復選框選中。2.將求解類型設置為激勵求解類型：（1）在菜單欄中點擊hfsssolution type。（2）

3、在彈出的solution type窗口中(a)選擇driven modal。(b)點擊ok按鈕。3.設置模型單位（1）在菜單欄中點擊3d modelerunits。（2）在設置單位窗口中選擇：mm。4.設置模型的默認材料點擊material對應的按鈕，在彈出的材料設置窗口中點擊add material按鈕，添加介電常數(relative permittivity)為2.33的介質，將其命名為my_sub。點擊ok結束。5. 建立環(huán)形電橋模型（1）首先建立介質基片(a)在菜單欄中點擊drawregular poyhedron。(b)在坐標輸入欄中輸入中心點的坐標：x：0，y：0，z:-1.143

4、按回車鍵。(c)在坐標輸入欄中輸入半徑向量：dx：22.345mm/cos(30*pi/180)，dy：0，dz：0按回車鍵。(d)在坐標輸入欄中輸入棱柱的高度：dx：0，dy：0，dz：2.286按回車鍵。(e)在彈出的segment number窗口中將多邊形數改為6。在特性（property）窗口中選擇attribute標簽，將該名字修改為substrate。（2）建立trace(a)在菜單欄中點擊drawrectangle,創(chuàng)建矩形模型。(b)在坐標輸入欄中輸入起始點的坐標：x：-0.89154，y：0，z：0按回車鍵。(c)在坐標輸入欄中輸入長、寬：dx：1.78308，dy：22.

5、345，dz：0按回車鍵。(d)在特性（property）窗口中選擇attribute標簽，將該名字修改為trace。（3）為trace設置理想金屬邊界條件。(a)在菜單欄中點擊editselectby name,在彈出的窗口中選擇trace。(b)在菜單欄中點擊hfssboundariesassignperfect e。在彈出的對話框中將其命名為perf_trace，點擊ok按鈕。（4）為trace設置激勵端口(a) 在菜單欄中點擊modelergrid planexz，將工作主平面更改為xoz平面。(b) 在菜單欄中點擊viewmodify attributesorientation(c)

6、 在觀察窗口中選擇觀察視角，right，點擊apply，然后點擊close結束。(d) 創(chuàng)建矩形端口面，點擊drawrectangle。(e)運用捕捉功能，在3d窗口中移動鼠標，當鼠標移動到棱柱矩形側面左下角點時，此時鼠標形狀為正方形表示已經捕捉到該頂點，點擊鼠標左鍵。(f)在3d模型窗口中拖動鼠標，當鼠標捕捉到右下角頂點時，點擊鼠標左鍵。(g)在特性（property）窗口中選擇attribute標簽，將該名字修改為port。(h)在菜單欄點擊hfssexcitationsassignwave port,在lumped port窗口的general標簽中，將該端口命名為p1。(i)在mode

7、s 標簽的integration line中點擊none，選擇new line，在坐標欄中輸入以下坐標：x：10.9，y：22.345，z：-1.143；dx：0，dy：0，dz：1.143按回車鍵結束輸入。點擊next直至結束。（5） 創(chuàng)建其他trace和波端口(a) 在菜單欄中點擊editselectby name,在彈出的窗口中選擇trace、port。(b)點擊editduplicatearound axis，設置：axis：z，angle：60(deg)，total number：4，點擊ok結束。（6） 建立ring(a) 在菜單欄中點擊modelergrid planexz，將工

8、作主平面更改為xoz平面。(b)點擊drawcircle，在坐標輸入欄中輸入圓心點的坐標：x：0，y：0，z:0按回車鍵。在坐標輸入欄中輸入圓半徑：dx：11.795，dy：0，dz：0按回車鍵。(c)在特性（property）窗口中選擇attribute標簽，將該名字修改為outer。(f)在菜單欄中點擊editselectby name,在彈出的窗口中選擇trace、trace_1、trace_2、trace_3、outer(g)在菜單欄中點擊modelerbooleanunite(h)點擊drawcircle，在坐標輸入欄中輸入圓心點的坐標：x：0，y：0，z:0按回車鍵。在坐標輸入欄中

9、輸入圓半徑：dx：10.795，dy：0，dz：0按回車鍵。(i)在特性（property）窗口中選擇attribute標簽，將該名字修改為inner。(j)在菜單欄中點擊editselectby name,在彈出的窗口中選擇outer、inner(k)在菜單欄中點擊modelerbooleansubtract,在subtract窗口中作如下設置：blank parts :outer tool parts : innerclone tool objects before subtract 復選框不選，點擊ok結束設置。6. 求解設置（1）設置求解頻率(a)在菜單欄中點擊hfssanalysis

10、 setupadd solution setup。(b)在求解設置窗口中作如下設置：solution frequency：4ghz；maximum numbers of passes：20；maximum delta s per pass：0.02；點擊ok按鈕。（2）設置掃頻(a)在菜單欄中點擊hfssanalysis setup add sweep。(b)選擇setup1，點擊ok。(c)在掃頻設置窗口中作如下設置：sweep type：fast；frequency setup type ：linear step；start：2ghz；stop：7ghz；step：0.05ghz。(d)將

11、save field復選框選中，點擊ok按鈕。7.保存工程在菜單欄中點擊filesave as，在彈出的窗口中將該工程的命名為shiyan4，并選擇路徑保存。8. 求解該工程點擊hfssanalyze all9. s參數（1） s參數(a)點擊hfssresultcreate modal solution data report(b)選擇rectangle plot(c)在trace窗口中設置：solution:setup1:sweep1;domain:sweep;點擊y標簽，選擇：category:s parameter;quantity:s(p1,p1)、s(p2,p1)、s(p3,p1)

12、、s(p4,p1);function:db。(d)點擊new report按鈕完成。（2）s參數相位(a)點擊hfssresultcreate modal solution data report(b)選擇rectangle plot(c)在trace窗口中設置：solution:setup1:sweep1;domain:sweep;點擊y標簽，選擇：category:s parameter;quantity:s(p2,p1)、s(p4,p1);function:cang_deg。(d)點擊new report按鈕完成。六、實驗結果仿真圖如下：微波環(huán)形電橋元件的s參數曲線如下：微波環(huán)形電橋元件的s參數相位曲線如下：由上圖微波環(huán)形電橋元件的s參數曲線可知，中心頻率4ghz，端口1的自反射大約為-32.5524db，從端口1到端口2和從端口1到端口4的傳輸量（，）。從微波環(huán)形電橋元件的s參數相位曲線圖可以看出的相位為-230.4709，在帶外，的相位為-48.4392，兩者相差180，與理論吻合很好。而端口1和端口3的傳輸量也為-32.5524db，顯示了隔離特性。七、問題思考及小結本實驗設計了一