南昌大学HFSS工程应用仿真实验报告：1~8(4)

Solution:Setup1:LastAdaptiveQuantity:Mag_EInVolume:All点击OK按钮完成。

4） 修改场点的显示特性，在菜单栏中点击HFSS>Fields>Modify Plot Attributes>E Field,点击

OK完成。在E-Field窗口点击color map标签，选择：Spectrum>Rainbow.点击Apply按钮，然后Close按钮完成设置，实现魔T 中场分布的彩虹光谱呈现。实验结果如下图：

图六、魔T的场分布

? 场分布的动态显示

1） 在菜单栏中点击View>Animate.

2） 在Swept Variable标签中接受默认设置，点击Close按钮结束，即可观察到场分布动态图。可见，当端口1被激励，端口3几乎没有电磁波的分布，即被隔离，达到实验设计效果。（动态图详见仿真文件，Word中无法给出。）

五、实验心得：

本实验是HFSS设计仿真的第三个实验，在前两个仿真实验基础上新学习到了波端口积分线设置的操作。这一步骤实验书中是没有给出的，需要自己观察前后仿真结果然后推算出积分线的坐标和尺寸。积分线的设置问题在后续几个实验中也有出现，故此处也是为后续实验打好基础。实验书中出现的另一个问题是，在得到魔T场分布图时，彩虹光谱设置这一步骤错误，需要自己在仿真时弄懂英文意思及操作含义，完成正确步骤。通过仿真设计过程及观察场分布、动态图结果，直观的看到了魔T中电磁波的分布与传播情况，以及4个波导臂中，会有一个被隔离，几乎没有场分布的现象。观察分析S参数幅度、相位图也可发现，端口2、4可实现等输出，同相或反相的传输效果。总之，通过本次实验使我更加深入的了解了魔T的工作及性能特性，受益略多。

实验四微波环形电桥元件的设计与仿真

一、设计指标要求：

工作频率为4GHz

环形电桥元件设计仿真中采用微带结构实现，选用介电常数为εr=2.33的介质板，厚度为h =2.286mm,最终获得S参数曲线的仿真结果。

二、实验设备：

PC机、HFSS仿真软件。

三、设计原理：

在微带环形电桥中，当信号从端口p2输入时，由于p2端口到达p1端口和到达p3端口的长度相同因此信号平分并等幅同相自p1端口和p3端口输出，而沿p2->p1->p4，p2->p3->p4两条路径的距离相差λg/2，p2端口输入的信号传到p4端口形成大小相等、相位相反的两路，从而在p4端口互相抵消而无输出，p2端口和p4端口可看作是隔离的。同理，若信号从p3端口输入，信号从p2端口和p4端口等幅同相输出而p1口无输出，p3与p1隔离；若信号从p4端口输入，信号从p1端口和p3端口等幅反相输出；若信号从p1端口输入，信号从p4端口和p2端口等幅反相输出。

本实验介绍如何在HFSS中实现对电桥环形贴片和馈电的建模，然后介绍端口和边界的设置，最后生成了S参数曲线的仿真结果。

四、设计仿真步骤：

（1）建立新的工程

为了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中将Duplicate boundaries with geometry 复选框选中。 （2）设置求解类型

? 在菜单栏中点击HFSS>SolutionType>Driven Model>OK. （3）设置模型单位

? 在菜单栏中点击Modeler>Units>mm. （4）设置模型的默认材料

? 在工具栏中设置模型材料的下拉菜单中点击Select,在设置材料窗口中点击Add Material

按钮，设置自定义材料，如下图所示：

（5）建立环形电桥模型

? 建立介质基片

1）在菜单栏中点击Draw>Regular Poyhedron. 2）在坐标输入栏输入坐标起点及尺寸，然后在弹出的Segment Number窗口中将多边形边数改为6，并将棱柱修改名字为Substrate. ? 建立Trace

1）在菜单栏中点击Draw>Rectangle.

2）在坐标输入栏输入坐标起点及尺寸并将矩形修改名字为Trace. ? 为Trace设置理想金属边界条件

1）在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,选中Trace.

2）在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E,在弹出的对话框中将其命名为

Perf_Trace,点击OK结束。 ? 为Trace设置激励端口

1）在菜单栏中点击Modeler>Grid Plane>XZ,将工作平面更改为XOZ. 2）在菜单栏中点击View>Modeler Attributes>Orientation.

3）在观察窗口中选择观察视角Right,点击Apply,然后点击Close结束。 4）创建矩形端口面，点击Draw>Rectangle.

5）运用捕捉功能，在3D窗口中移动鼠标，点击左下角点作为起点，鼠标移动至右上角点作为终点并单击，完成矩形的设置，将其命名为Port.

6）在菜单栏中点击HFSS>Excitations>Assign>Wave Portt,在Wave Port窗口的General标签中，将端口命名p1.

7）对于p1设置积分线，在Intergration Line的设置项中点击None所在的下拉菜单，选择New Line,然后在坐标栏输入积分线起点和尺寸，点击Next按钮直到结束。 ? 创建其他Trace和波端口

1）在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,选中Trace、Port. 2）在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Around Axis.设置：

Axis:ZAngle:60degTotalNumber:4点击OK结束。

? 创建Ring

1）在菜单栏中点击Modeler>Grid Plane>XY,将工作平面更改为XOY. 2）在菜单栏中点击Draw>Circle并输入圆心坐标和半径，命名为Outer.

3）在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,选中Trace、Trace_1、Trace_2、Port、Outer,然后进行Unite组合。 4）创建圆Inner.

5）在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,选中Outer、Inner进行减法处理，设置如下：

BlankParts:OuterToolParts:Inner

Clone tool objects before subtract复选框不选，点击OK结束。 （6）求解设置

为该问题设置求解频率及扫描范围 ? 设置求解频率

1）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup. 2）在求解窗口中设置：

SolutionFrequency:4.0GHzMaximumNumberofPsaaes:20MaximumDeltaSperPass:0.02点击OK结束。

? 设置扫频

1）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Setup. 2）选择Setup1,点击OK结束。 3）在扫频窗口中设置：

SweepType:FastFrequencySetupType:LinearStepStart:2.0GHzStop:7.0GHzStep:0.05GHz

4）将Save Field复选框选中点击OK结束。 （7）保存工程并命名为hfss_ring,设计结果如下图：

图一、微带环形电桥完整模型

? 点击菜单栏的

图标，检查设计步骤是否出错。如下图即为仿真设计正确。

图二、软件检错界面图

? 在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如下图状态：

图三、微带环形电桥运算界面图

（8）后处理操作 ? S参数。

1）点击菜单栏HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot. 2）在Trace窗口中设置：

Solution:Setup1:Sweep1Domain:Sweep

点击Y标签，选择Category: S parameter; Quantity: S(P1 P1)、S(P2 P1)、S(P3 P1)、S(P4 P1)；

Function: dB,点击New Report按钮完成。 ? S参数相位

2） 点击菜单栏HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot. 2）在Trace窗口中设置：

Solution:Setup1:Sweep1Domain:Sweep

点击Y标签，选择Category: S parameter; Quantity: S(P2 P1)、S(P4 P1)；Function: cang_deg

点击New Report按钮完成。S参数曲线、S参数相位结果图如下：

图四、微带环形电桥的S参数曲线

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