HFSS学习笔记—11.环形定向耦合器分析

• 环形定向耦合器是由周长为3/2个导波波长的闭合圆环和4个输入输出传输线相连接而构成的，与圆环相连接的4根传输线的特征阻抗为Zo ，圆环的特征阻抗为根号二倍Zo，端口①到②、①到④、③到④之间的长度为1/4个导波波长，端口②到③之间的长度为3/4个导波波长
• 当微波信号由端口①输入，端口②、③、④皆接匹配负载时，输入信号功率可以等分成两部分，分别由②、④两个端口输出，端口③无信号输出，①和③两个端口彼此隔离

耦合器尺寸

• 设计的环形耦合器使用带状线结构。耦工作频率为4GHz，带状线介质层厚度为2.286mm，介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429；带状线的金属层位于介质层的中央；端口负载皆为标准的50Ω
• 查看工作频率4GHz时的S参数矩阵结果，1~7GHz时S参 数扫频结果
• 特征阻抗Zo = 50Ω时对应的带状线宽度W1=1.78mm
• 特征阻抗Zo = 70.7Ω时对应的带状线宽度W2=0.98mm
• 导波波长为λ = 49.13mm
• 圆环的半径R1 = 1.5λ/（2pi）= 11.74mm
• 圆环的内径R2 = R1 – W2/2 = 11.24mm
• 圆环的外径R3 = R1 + W2/2 = 12.22mm
• 4根带状传输线的长度是1/4个导波波长，即λ/4 = 12.28mm
• 与圆环相连接的4根带状传输线长度取1/4个波长，即12.28mm,圆环外径为12.22mm，因此传输线终端到圆心的距离为245mm，正六边体的外接圆半径设置为24. 5/cos(30°)mm。
• 为了能自由改变端口传输线的长度，定义一个变量length表示传输线终端到圆心的距离，变量的初始值取24.5mm。

设计要求

• 求解类型：终端驱动求解
• 模型原型：正多边体、矩形面、圆面
• 模型操作：复制操作、合并操作、相减操作
• 边界条件：理想导体边界
• 端口激励：波端口激励
• 求解频率： 4GHz
• 扫频设置：快速扫频，频率范围为1~7GHz
• 后处理：S参数扫频曲线、S矩阵

设计分析

1.设置工作环境

1.设置求解类型

2.设置长度单位

3.定义变量

4.添加介质材料

2.创建模型

1.创建正六边体

2.创建微带线

1.创建微带线：

2.创建外圆面：

3.合并操作：

4.创建内圆面：

5.相减操作：

3.边界条件和激励

1.理想导体边界条件

2.波端口激励

4.设置求解分析项

5.仿真分析结果

仿真运行后：

查看参数矩阵：

选择Export可以导出：