1、精選優質文檔-傾情為你奉上本科課程設計報告課程名稱： 微波技術與天線 實驗地點： 博學館一層機房 專業班級： 電信1201 學號： 實驗名稱： 微波寬帶10GHz功分器的設計 學生姓名： 指導教師： 劉建霞 2015年 6月30日專業班級電信1201學生姓名楊凱課程名稱微波技術與天線課程設計設計名稱寬帶功分器設計周數1.5周指導教師李鴻鷹設計任務主要設計參數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計方法3 在HFSS平臺上完成如下寬帶功分器的仿真設計設計要求如下：頻率：10GHz介質：vacuum4 結合同組其他同學的設計結果完成對于該天

2、線結構參數與性能之間關系的探討5 在1.5周內完成設計任務設計內容設計要求6.11：分組、任務分配、任務理解6.12：查閱參考資料，理論上熟悉所設計的器件的工作原理與特性，完成方案設計。6.156.18：熟悉仿真平臺的使用，完成在平臺上的建模，設置，結果提取與分析，以及驗收。6.19：同組同學結果匯總及討論6. 22：設計說明書的撰寫在設計過程中，作為設計小組成員，每位同學要具有團隊意識和合作精神，并最終獨立完成自己的設計任務。主要參考資 料劉學觀，微波技術與天線，西安電子科技大學電出版社，2012顧繼慧，微波技術，科學出版社，2007李明洋，HFSS應用設計詳解，人民郵電出版社，2010學生

3、提交歸檔文件1.設計報告2.工程文件課程設計任務書注：課程設計完成后，學生提交的歸檔文件應按，封面任務書說明書圖紙的順序進行裝訂上交（大張圖紙不必裝訂）指導教師簽名： 日期：2015-6-10 摘要： 在微波系統中，需要將發射功率按一定的比例分配到各發射單元，如相控陣雷達等，因此功分器在微波電路中有著廣泛的應用。它性能的好壞直接影響到整個系統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。功分器是實現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保證一定的隔離度。隨著現代電子和通信技術

4、的飛躍發展，信息交流越發頻繁，各種各樣電子電氣設備已大大影響到各個領域的企業和家庭。在微波通信領域，隨著微波技術的發展，功分器作為一個重要的器件，其性能對系統有不可忽略的影響，因此其研制技術也需要不斷地改進。本文首先對功分器的基本理論、性能指標做了簡單介紹，然后闡述了一個具體的微波寬帶功分器的設計的思路和過程，并給出了設計的電路結構，仿真結果。本文還用到了HFSS，在功分器的具體電路結構建模、仿真優化和版圖的生成上如何應用，在文中都做出了相應的說明。關鍵詞：功分器、寬帶、HFSS1.前言隨著無線通信技術的快速發展， 各種通訊系統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計使微帶技

5、術發揮了優勢。 在射頻電路和測量系統如混頻器、 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的通訊質量。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絡，它廣泛應用于雷達系統及天線的饋電系統中。 功分器按照其功率分配比有相應的設計公式可較為容易的實現。本課設將著重闡述微波寬帶功分器的設計。2.設計目的（1）通過仿真完成微波寬帶功分器的設計；（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，是射頻系統和通信系統的關鍵部件之一。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仿真設計4.1建立新的工程 為了方便創建模型，在Tool>Options>HFSS Options中將Duplicate Boundries with geometry復選框中，這樣可以使得在復制模型時，所設置的邊界也一同復制。4.2設置求解類型將求解類型設置為激勵求解類型：（1）在菜單欄中點擊HFSS>Solution Type。（2）在彈出的Solution Type窗口中（a）

7、選擇Driven Modal。（b）點擊OK按鈕。4.3設置模型單位 將創建模型中的單位設置為毫米。（1）在菜單欄中點擊3D Modeler>Units。（2）設置模型單位：（a）在設置單位窗口中選擇：mm。（b）點擊OK按鈕。4.4設置模型的默認材料在工具欄中設置模型的默認材料為真空。4.5添加和定義設計變量從菜單欄中點擊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）創建空腔在菜單欄中點擊Draw>Box。創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節點下，其默認的名稱為Box1.雙擊操作歷史樹下的SOLIDS下的box1節點，在彈出的對話框attribute中，將該長方體的名字修改為Air。點擊操作歷史樹下的CreatBox節點，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,按回車鍵結束輸入。依次按照以上操作，創建空腔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）設置顯示方式雙擊操作歷史樹中的Air1節點，在Properties對話框中，勾選Display Wireframe(顯示框架)項，設置Display Type為Wireframe。最后單擊OK按鈕，應用設置。（4）創建一個默認材質點擊工具欄中Vacuum>Select，在彈出的對話框中，找到并選擇Rogers RT/duroid5880（tm）項，點擊確定按鈕。（5）創建基片在菜單欄中點擊Draw>Box。創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節點下，其默認的名稱為Box1.雙擊操作歷史樹下的Solids下的Box1節點，在彈出的對話框Attribute中，將該長方體的名字修改為Sub。點擊操作歷史樹下的CreatBox節點，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,按回車鍵結束輸入。依次按照以上操作，創建基片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,按回車鍵結束輸入。基片3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）創建金屬導帶 在菜單欄中點擊Draw>Rectangle。創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節點下，其默認的名稱為Rectangle1.雙擊操作歷史樹下的Solids下的Rectangle1節點，在彈出的對話框Attribute中，將該長方體的名字修改為Microstrip。點擊操作歷史樹下的CreatRecangle節點，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按回車鍵結束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即XSize：w50,YSize：11,點擊確定按鈕。（8）創建半圓環1 在菜單欄中點擊Draw>Circle。在右下角的坐標輸入欄中輸入圓形的中心位置坐標，即X：0.38,Y：3.8,Z：0，按回車鍵結束輸入。輸入圓形半徑，即dX：0.310,dY：0,dZ：0按回車鍵結束輸入。在Property窗口中選擇Attribute標簽，將該圓形的名字改為rlout。在菜單欄中點擊Draw>Circle。在右下角的坐標輸入欄中輸入圓形的中心位置坐標，即X：0.38,Y：3.8,Z：0，按回車鍵結束輸入。輸入圓形半

15、徑，即dX：0.745,dY：0，dZ：0按回車鍵結束輸入。在Property窗口中選擇Attribute標簽，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，點擊OK按鈕。在菜單欄中點擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標，即X：0.38,Y：0,Z：0按回車鍵結束輸入。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

16、束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標簽，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，點擊OK按鈕。（9）創建導帶l2在菜單欄中點擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標，即X：0.25,Y：4.24,Z：0按回車鍵結束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.31,dY：1.11,dZ：0按回車鍵結束輸入。在特性窗口中選擇Attribu

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

18、Property窗口中選擇Attribute標簽，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，點擊OK按鈕。在菜單欄中點擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標，即X：0.25,Y：0,Z：0按回車鍵結束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：2.75,dY：7.65,dZ：0按回車鍵結束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標簽，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，點擊OK按鈕。（11）創建導帶l3在菜單欄中點擊Draw>Rectangle。在右下角的坐標輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標，即X：0.25,Y：7.1,Z：0按回車鍵結束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.55,dY：1.81,dZ：0按回車鍵結束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標簽，將長方形的名字修改為l3。（12）創建

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

21、中選擇Attribute標簽，將長方形的名字修改為l5。（14）創建切角在菜單欄中點擊Draw>line。在右下角的坐標輸入欄中輸入點坐標，X：6.38,Y：8.91,Z：0。坐標輸入欄中輸入點坐標，X：6.38,Y：9.67,Z：0。坐標輸入欄中輸入點坐標，X：5.62,Y：8.15,Z：0。坐標輸入欄中輸入點坐標，X：6.38,Y：8.15,Z：0，按回車鍵結束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標簽，將長方體的名字改為qiejiao。按住Ctrl，同時選中l4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，點擊OK按鈕。（15）合并導帶按住Ctrl，同時選中Microstrip，l2，l3，l4，l5，rlout和r2out。在菜單3DModeler>Boolean>Unit，進行合并。（16）復制導帶選中合并后的導帶Microstrip，然后選擇菜單項Edit>Duplicate>Mirror。在坐標輸入欄中輸入點坐標，X：0,Y：0,Z：0。在坐標輸入欄中輸入點坐標，dX：-2,dY：0,dZ：0。（17）設置邊界條件選中導帶Microstrip和Microstrip1，單擊鼠標右鍵，選擇Assign Boundar

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

24、ectangle。在右下角的坐標輸入欄中輸入長方形的起始位置坐標，即X：-0.25,Y：7.65,Z：0按回車鍵結束輸入。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸，即dX：0.5,dY：0.5,dZ：0按回車鍵結束輸入。在特性窗口中選擇Attribute標簽，將長方形的名字修改為R2。選中R2，然后單擊鼠標右鍵，選擇Assign Boundaries>lumped RLC，設置集總RLC邊界，在彈出的對話框中選中Resistance，設置為210ohm。（19）設置激勵端口單擊F鍵，切換到選擇狀態。然后旋轉物體模型，選中Air的側面，在三維窗口中單擊鼠標右鍵，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設置不變，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。（20）組合模型用組合鍵Ctrl+A將所有物體選中。點擊菜單3DModeler>Boolean>Unit。到此，創建微波寬帶功分器的操作全部結束。構成如圖1所示的功分器模型。4.7設置求解頻率及掃頻范圍。（1）設置求解頻率 在菜單欄中點擊HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。在求解窗口中作如下設置：Solution Freguency：10GHz，Maximum Numbers of Passes：5，Maximum Delta S per Pass：0.02，點擊OK按鈕。（2）設置掃頻 在菜單欄中點擊HFSS>Analysis Setup>Add Sweep。選擇Setup1，點擊OK。在掃頻設置窗口中作如下設置：Sweep Type：Fast，Freguen