基于HFSS的不等功率分配器

1、國(guó)5-19兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)（圖2）不等功率分配器'、功分器的設(shè)計(jì)及原理1、功分器原理功分器全稱功率分配器，是一種將一路輸入信號(hào)能量分成兩路或多路輸出相等或不相等能量的器件。在簡(jiǎn)單功分器中引入隔離電阻，變?yōu)橛泻牡娜丝诰W(wǎng)絡(luò)，有耗三端口網(wǎng)絡(luò)可以做到做到完全匹配，且輸出端口之間具有隔離。它的主要技術(shù)指標(biāo)包括頻率范圍、輸入輸出間的插入損耗、支路端口間的隔離度、回波損耗等。如右圖示為功分器原理圖，有耗三端口網(wǎng)絡(luò)可以做到完全匹配，且可以用微帶線或帶狀線來實(shí)現(xiàn)。2、技術(shù)指標(biāo)頻率范圍：中心頻率3.5GHz主路端口的回波損耗小于-20dB主路到支路的耦合度比為1:2支路端口間的隔離度小于-2

2、0dB3、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定（圖1）如右圖2所示，其中輸入端口特性阻抗為Z。，分成的兩端微帶線電長(zhǎng)度為%/4,特性阻抗分別是Z02和Z03,終端分別接有電阻R2和R。功率分配器的基本要求如下：端口“"無反射。端口“、”輸出電壓相等且同相。端口“、”輸出功率比值為任意指定值,設(shè)為1/2（k=冊(cè)）。根據(jù)以上三條有：111I=Zin22.3Zo器）/（1U22R3U2=5由傳輸線理論有：2_Z02R2Zin2二乙n3Z03R3這樣共有R2、R3、Z02、Z03四個(gè)參數(shù)而只有三個(gè)約束條件，故可任意指定其中的一個(gè)參數(shù)，設(shè)R2=kZo,k=V2,于是Z02=Z0.k(1k2)Z03=Z0.(1k2)

3、/k2馬k實(shí)際的功率分配器終端負(fù)載往往是特性阻抗為Zo的傳輸線，而不是純電阻,此時(shí)可用%/4阻抗變換器將其變?yōu)樗桦娮?，另一方面U2、U3等幅同相，在“、”段跨接電阻Rj,既不影響功率分配器性能，又可增加隔離度。Zo4=R2Z0=Z。kZ05=.R3Z0Z0.kRj=Z01k2取k2=2時(shí)，計(jì)算出:R2=70.71,R3=35.4,Z02=103,Z03=51.5,R=106.1Z04=59.5,Z05=42.1,0=857,'g=46.9根據(jù)阻抗的大小可得到各段微帶的寬度：Z0的寬度w=2.88mm,Z02的寬度W2=0.6mm,Z03的寬度w=2.75mm,Z04的寬度W4=2.1

4、3mm,Z05的寬度W5=3.8mm,每段微帶線的長(zhǎng)度都是,g/4。通過以上的分析，所需參數(shù)值已經(jīng)確定，接下來就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)了。二、功分器模型的設(shè)計(jì)1,打開HFSS新建工程，修改名稱，將其保存。2,打開設(shè)計(jì)界面，首先畫一個(gè)BOX設(shè)置其厚度為1.5mm,w=20mm其參數(shù)如圖3所示riiniiidiiuiNameValueUnitEvaluatedV"DescriptionCommandCreateBoKCoordinate.GlobalPosition-w/2,-1/4p0mm-10mmi-11.XSizew20mmYSize1ZSize1.5mm1.5mm（圖3）2、在設(shè)置好的BO

5、X上開始畫微帶線，在菜單欄里Draw里的Rectangle執(zhí)行指令后在BOX1開始繪制根據(jù)已求解得的參數(shù)和模型一步一步進(jìn)行繪制即可。繪制完成后，在屬性對(duì)話框里對(duì)其進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。3、創(chuàng)建微帶切腳，選擇DrawLine在微帶線的借口處進(jìn)行繪制，生成三角形切腳模型。I可選擇按鈕？可將微帶線進(jìn)行連接形成一個(gè)微帶線模型。4、以下就是繪制好的模型IQfmni（圖4）5,為模型添加邊界及激勵(lì)a.給微帶線添加理想導(dǎo)體邊界，模擬金屬微帶線b.給介質(zhì)基板添加材料為FR4_epoxy,其相對(duì)介電常數(shù)為4.4c.添加參考地平面：在介質(zhì)基板下添加，繪制一個(gè)矩形。調(diào)整其大小，并為其添加理想導(dǎo)體邊界d.添加集總RLC邊界

6、：在兩路的微帶線之間畫一個(gè)大小合適的矩形，修改其參數(shù)，作為載體，在此模型上單擊鼠標(biāo)右鍵在彈出的AssignBoundaries中的LumpedRLC,在對(duì)話框修改其名稱，勾選Resistance輸入電阻值，選擇NewLine在模型上繪制。如圖（5）（圖5）e.添加空氣盒子：選擇憶繪制一個(gè)BOX將整個(gè)模型包起來，各面距離仿真模型大于等于1/4波長(zhǎng)，材料為真空，在value里中將BOX1改為air,透明度設(shè)置為0.8f.添加端口激勵(lì)：在三個(gè)端口繪制矩形平面選中該平面，單擊鼠標(biāo)右鍵在彈出的菜單中選擇AssignExcitation中的LumpPort,彈出對(duì)話框，單擊下一步，在對(duì)話框中單擊Itegr

7、ationLine中的none在下拉框中選擇NewLine來繪制積分線。三、仿真的設(shè)置1、設(shè)置HFSS的求解頻率為3.5GHZ,其他參數(shù)設(shè)置如圖（9）示2、添加一個(gè)3Hz到4Hz的掃頻，步進(jìn)長(zhǎng)度為0.1GHz3、設(shè)置完成后可進(jìn)行驗(yàn)證看是否有錯(cuò)，在如圖（10）的對(duì)話框中都是正確的則可進(jìn)行仿真（圖9）（圖10）4,、仿真后即可進(jìn)行結(jié)果的查看四、結(jié)果與分析1、在result里，選擇生成rectangularplot。再出現(xiàn)的窗口中分別選擇S(1,1)、S(1,2)、S(1,3),S(2,3),生成波形。2、S(1,1)XYPl0t2HFSSDesignl士27.50&QM-CtfwelFTloSltiplvtj.w,1s1,",I!rir,3bo3蟲3“爭(zhēng)加3boRearGHzl(圖11)一端口的反射系數(shù)分析：在頻率3.5GHz時(shí)反射系數(shù)小于-20dB3、S(1,2),S(1,3)（圖12）端口到2、3端口的反射系數(shù)分析：因?yàn)槭且环侄坏裙β史峙淦?，所以端?,3的耦合度等于端口1,2耦合度的兩倍FeK3He|（圖13）端口2、3之間的隔離度分析：在3.5GHz時(shí)小于-20dB五、總結(jié)整體的結(jié)果達(dá)到當(dāng)初的設(shè)計(jì)指標(biāo)：主路端口的回波損耗小于-20dB,主路