HFSS环形定向耦合器设计实例
HFSS中仿真设计3.4Ghz分支线耦合器
HFSS中仿真设计3.4Ghz分支线耦合器
时间：2015-08-16 来源：天线设计网作者：admin TAGS：hfss耦合器定
向耦合器
定向耦合器是一种有方向性的功率耦合器件，在射频系统中有着广泛的应用，如功率监控系统、测试系统、功率分配系统等。
定向耦合器是一个四端口网络，它有输入端（端口1）、直通端（端口2）、耦合端（端口3）和隔离端（端口4)。
当信号从输入端输入时，除了一部分功率直接从直通端输出外，[天线设计网同时还有一部分功率耦合到耦合端输出，但不会从隔离端输出。
小编今天带给大家的是在[天线设计网]hfss中仿真设计频率为3.4GHz的分支线耦合器。
step1：首先根据设计频率以及介电常数，确定分支线长度。
step2：端口一般都选用标准的50欧姆微带线。
step3：设置端口顺序，可以按照上图的顺序。
step4：仿真设计，查看结果，优化方案。
（a）在hfss中建立模型
（b）设置端口顺序。
（1是数输入端，2是直通端口，3是耦合端口，4是隔离端口）
（c）一些重要参数
（d）仿真结果S11
s12
S13
S14
（e）场分布图
（f）模型下载
耦合器模型
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基于HFSS分支定向耦合器设计说明书
基于HFSS分支定向耦合器设计实验报告学院电子科学与工程学院姓名学号指导教师2016年10月27日目录一、实验目的 (1)二、设计任务 (1)三、设计思路 (2)四、注意事项 (2)五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2)5.1 分支定向耦合器简介 (2)5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (2)5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 (2)5.2.2 HFSS设计简介 (3)5.2.3 HFSS设计环境概述 (3)5.3 新建HFSS工程 (4)5.4 创建分支定向耦合器模型 (4)5.4.1 设置默认的单位长度 (4)5.4.2 定义变量 (4)5.4.3 添加新材料 (5)5.4.4 创建带状线金属层模型 (6)5.4.5 创建带状线介质层模型 (7)5.5 分配边界条件和激励 (8)5.6 求解设置 (9)5.6.1 单频求解设置 (9)5.6.2 扫频设置 (9)5.7 设计检查和运行仿真分析 (10)5.8 查看仿真分析结果 (11)5.8.1 查看S参数扫频结果 (11)5.9 分支定向耦合器的优化分析 (11)5.9.1 新建一个优化设计工程 (12)5.9.2 参数化分析设置和仿真分析 (12)5.9.3 查看参数化分析结果 (13)5.9.4 优化设计的设置和仿真分析 (13)5.9.5 查看优化结果 (15)5.9.6 优化后的S参数扫频结果 (15)5.9.7 优化后的场分布图 (16)5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (16)六、加分项 (17)6.1 二阶分支定向耦合器建模 (17)6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (18)一、实验目的●了解分支定向耦合器电路的原理及设计方法。
●学习使用HFSS软件进行微波电路的设计、优化和仿真。
二、设计任务1.课题内容运用功分器设计原理，利用HFSS软件设计一个90°（180°）分支定向耦合器2.实现方式自选一种或多种传输线实现，如微带线、同轴线、带状线，要求输入输出端口阻抗为50Ω。
HFSS环形定向耦合器设计
HFSS电磁仿真设计实验报告仿真项目：HFSS环形定向耦合器设计专业班级：姓名：学号：仿真项目：HFSS环形定向耦合器设计一、建模：CreateRegularPolyhedron:0mm,0mm,-1.143mm StartPosit: length/cos(30deg) ,0mm ,-1.143mm Axis: Z Height:2.286 CreateCircle:Center Position:0 ,0 ,0 Axis:Z Radius:12.22mmName Value Unit "Evaluated Value" DescriptionCreateRectangle:Position:-0.869mm , 0mm , 0mm Axis:Z XSize:1.781.78mm Y Size:lengthName Value Unit "Evaluated Value" DescriptionCreateCircle:Center Position:0mm , 0mm , 0mm Axis:Z Radius:11.24mm二、仿真结果：S参数随频率变化的关系曲线图：查看1GHz频点的S矩阵Freq S:T1 S:T2 S:T3 S:T41(GHz) T1（0.56306,123）（0.48639,-69.1）(0.52081,-99.5）（0.41649,-78.1）T2（0.48639,-69.1) (0.44688,105) (0.53953,-99.2）(0.52031,-99.6）T3(0.52081,-99.5）(0.53953,-99.2）(0.44593,106）（0.48674,-69.1）T4(0.41669,-75.6）(0.52031,-99.6）（0.45674,-69.5) (0.56323,123）三、对建模结果的改变及结果改变：把每个端口的传输线长度设置为0.2mm结果：传输线的改变仿真结果与理论分析结果一致Freq S:T1 S:T2 S:T3 S:T44(GHz) T1（0.56738,168）（0.4816,-26.3）(0.5165,-53.9）（0.4225,-35.4）T2（0.48167,-26.3) (0.45832,153) (0.53878,-54）(0.51646,-53.9）T3(0.5165,-53.9）(0.53878,-54）(0.45879,153）（0.48118,-26.4）T4(0.4225,-35.4）(0.51646,-53.6）（0.48118,-26.4) (0.56783,168）四、实验心得：这个实验数据较多，所以更要小心仔细，来防止出差错，对建模结果的改变及结果，也符合预期。
hfss耦合器仿真设计范例-概述说明以及解释
hfss耦合器仿真设计范例-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在HFSS耦合器仿真设计范例这篇文章中，我们将介绍HFSS耦合器的原理和仿真设计步骤。
HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种电磁场仿真软件，广泛应用于高频电磁场仿真领域。
耦合器作为一种重要的电路元件，在无线通信和微波领域具有广泛的应用。
通过仿真设计，我们可以模拟和优化耦合器的性能，以满足实际工程需求。
本篇文章的主要目的是通过以HFSS为工具，详细介绍耦合器的仿真设计过程。
首先，我们将在理论背景部分介绍一些基本的电磁场理论知识，包括电磁波的传输和耦合原理。
随后，在HFSS耦合器的原理部分，我们将重点讲解HFSS软件在耦合器仿真中的应用。
接下来，我们将详细介绍HFSS耦合器的仿真设计步骤。
这包括建立仿真模型、设置边界条件和材料属性、定义仿真参数等。
我们还将介绍如何通过改变耦合器的几何参数来优化性能，如改变耦合间隙、调整导体尺寸等。
通过仿真结果的分析和对比，我们可以评估不同设计参数对耦合器性能的影响，并提出设计优化建议。
最后，在结论部分，我们将对实验结果进行分析和总结。
通过对仿真数据的分析，我们可以得出一些结论，如耦合器的带宽、传输损耗等。
同时，我们也会给出一些建议，如如何改善耦合器性能或进一步优化仿真设计。
通过本文的学习，读者将了解到HFSS耦合器的原理和仿真设计步骤，并能够利用HFSS软件进行仿真设计。
这不仅对于从事无线通信和微波领域研究的工程师和学者有重要意义，同时也对于对电磁场仿真感兴趣的读者有一定的参考价值。
在实际工程应用中，通过仿真设计可以节省成本和时间，同时提高产品性能和可靠性。
因此，熟练掌握HFSS耦合器的仿真设计方法对于工程实践具有重要的指导意义。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下信息：文章结构部分的主要目的是介绍整篇文章的组织方式，以及各个章节的内容概述。
通过对文章结构的明确介绍，读者可以更好地理解整篇文章的逻辑架构，有助于他们更好地理解和接受文章的内容。
定向耦合器
单位代码： 10293 密 级：硕 士 学 位 论 文论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士二零一五年三月学 科 专业 研 究 方向 申请学位类别 论文提交日期摘要定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。
特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。
但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。
本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。
论文的主要工作和创新点包括：（1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。
这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。
（2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。
（3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。
在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。
关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽AbstractReader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include:(1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation.(2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased.(3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation.Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景与意义 (1)1.2 RFID系统基本介绍 (1)1.3 RFID系统现状和进展 (3)1.3.1 RFID系统使用现状 (3)1.3.2 RFID系统中读写器收发隔离技术的重要程度 (3)1.4本文的主要工作及内容安排 (4)第二章定向耦合器基本原理 (6)2.1 定向耦合器工作原理 (6)2.1.1 定向耦合器基本特性 (6)2.1.2 定向耦合器理论分析 (7)2.1.3 定向耦合器的技术指标 (9)2.2 常见定向耦合器的介绍 (10)2.2.1 平行耦合线定向耦合器 (11)2.2.2 波导定向耦合器 (11)2.2.3 分支线定向耦合器 (13)2.2.3 环形定向耦合器 (14)2.3 3dB微带分支线定向耦合器理论分析 (15)2.4 本章小结 (18)第三章带短路支节双分支线定向耦合器设计 (19)3.1 3dB双分支线定向耦合器设计 (19)3.1.1 3dB双分支线定向耦合器ADS仿真 (19)3.1.2 微带线理论分析 (21)3.1.3 3dB双分支线定向耦合器建模与结果分析 (23)3.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器设计 (26)3.2.1 3dB带短路支节双分支线定向耦合器的工作原理 (27)3.2.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器建模与仿真 (29)3.2.3 相关参数优化与结果分析 (31)3.2.4 两款定向耦合器对比分析 (38)3.3 本章小结 (40)第四章实物测试与结果分析 (41)4.1 实物加工与测试 (41)4.2 测试结果与仿真结果分析 (44)4.3 本章小结 (47)第五章改进型微带分支线定向耦合器设计 (48)5.1 3dB微带三分支线型定向耦合器设计 (48)5.1.1 3dB微带三分支线定向耦合器ADS仿真 (48)5.1.2 3dB微带三分支线定向耦合器建模与仿真 (51)5.2 3dB带短路支节三分支线定向耦合器设计 (54)5.2.1 3dB带短路支节三分支线定向耦合器建模与仿真 (54)5.2.2 参数优化与结果分析 (56)5.2.3 3dB带短路支节双分支线和3dB带短路支节三分支线定向耦合器对比分析 (60)5.3 本章小结 (61)第六章总结与展望 (62)参考文献 (64)第一章绪论1.1研究的背景与意义无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它的主要特征是运用射频信号和空间耦合传输特性，达到对被识别物体的自动识别[1]。
宽带带状线定向耦合器的设计
宽带带状线定向耦合器的设计蔡德龙;刘成安;蔡钟斌;吕涛【摘要】多阶1/4波长滤波器理论为宽带定向耦合器的研究提供了依据,利用该方法设计了应用频段为2～6 GHz的多节3 dB的交错耦合带状线定向耦合器,并利用电磁仿真软件HFSS进行仿真.仿真结果表明,该带状线耦合器具有良好的方向性、较高的耦合度和较低的插损,从而为这类宽带强耦合度耦合器的研究提供了一定的参考价值.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)018【总页数】3页(P66-68)【关键词】无线电电子学;带状线耦合器;宽带;电磁仿真;HFSS【作者】蔡德龙;刘成安;蔡钟斌;吕涛【作者单位】西南科技大学国防科技学院,四川绵阳 621010;西南科技大学国防科技学院,四川绵阳 621010;西南科技大学国防科技学院,四川绵阳 621010;西南科技大学国防科技学院,四川绵阳 621010【正文语种】中文【中图分类】TN622;TN603引用格式：蔡德龙，刘成安，蔡钟斌，等. 宽带带状线定向耦合器的设计[J].微型机与应用，2016,35(18)：66-68.耦合器是现代微波工程测试技术中广泛用到的无源器件,其主要作用是将微波信号进行某个方向的功率耦合，将耦合后的功率信号进行检测、调节等处理。
定向耦合器因其体积小、损耗低、可靠性高而备受青睐。
随着微波工程技术的发展，各种形式的耦合器得到了研究与应用。
参考文献[1]提出了一个应用于8～12 GHz的E面波导3 dB耦合器的改进型结构。
参考文献[2]报道了基于波导的Q波段3 dB环形电桥的设计，证明了这种环形电桥在该频段良好的电磁性能。
参考文献[3]提出了一种应用于2～20 GHz的新拓扑超宽带20 dB的定向耦合器，在通带内取得满意的效果。
但以上研究均存在一些不足，就是其相对带宽较窄，在实际应用上具有一定的局限性，当带宽较宽时，难以实现强耦合[3]。
由于波导本身截止频率的约束，对于宽带跨波段耦合器的研究则无法再使用波导的形式来实现。
利用HFSS进行波导单孔定向耦合器的仿真设计
-138-/2013.02/PLAY:CLR P3.4 ;存储器片选信号MOV A,#81H ;选择播放段落MOV DPTR, #0A900H ;选通语音芯片MOVX @DPTR, A ;送指令第一个字节MOV A,#10H ;指令第二个字节MOVX @DPTR,A ;送第二个字节SWAP A ;取忙碌状态ANL A,#0FHMOV B,A MOV A,#28H DJNZ ACC,$ ;等待L23: MOVX A,@DPTR ;是否播放完毕ANL A,B JNZ L23NOPLJMP PLAY参考文献[1]MSM6295.Data .2005-7.[2]楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京航空航天大学出版社,2003.[3]何希才.常用集成电路简明速查手册[M].国防工业出版社,2006.[4]百度百科.利用HFSS进行波导单孔定向耦合器的仿真设计陕西黄河集团有限公司12车间 郭宏博 盛利利 杨 辉【摘要】本文介绍了单孔定向耦合器的仿真设计方法，该定向耦合器在一定条件下的方向性可以达到20dB以上，并具有结构简单、驻波小、方向性强等特点。
【关键词】单孔；定向耦合器；HFSS仿真1.前言定向耦合器是一种具有一定方向性的分功率器，在微波系统中较为常见，它能从主传输系统的正向波中按一定比例分出部分功率，而不从反向波中输出功率，因此可以利用定向耦合器对主传输系统中的入射波进行取样。
较为常见的波导定向耦合器有：单孔定向耦合器、双孔（槽）定向耦合器、多孔（槽）定向耦合器、十字孔定向耦合器等。
虽然单孔定向耦合器结构简单、性能良好，但在以前一段时间里，由于缺少仿真措施，单孔定向耦合器等微波器件的设计需要公式的近似计算来解决，实际效果不理想，因此单孔定向耦合器被采用的较少。
但随着科技的发展，仿真软件的出现和完善，单孔定向耦合器的设计出现了可能。
本文现就利用HFSS仿真软件针对于单孔定向耦合器进行了仿真设计，发现在一定条件下，单孔定向耦合器的方向性可以做到20dB以上，满足工程设计要求。
180环形电桥.HFSS软件实例
180环形电桥.HFSS软件实例180°环形电桥F6.3.1⼀．开始（⼀）启动Ansoft HFSS1.点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10 程序组，点击HFSS10，进⼊Ansoft HFSS。
（⼆）设置⼯具选项注意：为了按照本例中概述的步骤，应核实以下⼯具选项已设置：1.选择菜单中的⼯具（Tools）>选项（Options）>HFSS选项（HFSS Options）2.HFSS选项窗⼝：（1）点击常规（General）标签a.建⽴新边界时，使⽤数据登记项的向导（Use Wizards for data entrywhen creating new boundaries）：勾上。
b.⽤⼏何形状复制边界（Duplicate boundaries with geometry）：勾上。
（2）点击OK按钮。
3.选择菜单中的⼯具（Tools）>选项（Options）>3D模型选项（3D Modeler Options）4.3D模型选项（3D Modeler Options）窗⼝:（1）点击操作（Operation）标签⾃动覆盖闭合的多段线（Automatically cover closed polylines）：勾上。
（2）点击画图（Drawing）标签编辑新建原始结构的属性（Edit property of new primitives）：勾上。
（3）点击OK按钮（三）打开⼀个新⼯程启动HFSS软件后会⾃动创建⼀个默认名称为Project1的新⼯程和名称为HFSSDesign1的新设计。
F6.3.2（三）设计解决⽅案类型（Set Solution Type）1.选择菜单中的HFSS>解决⽅案类型（Solution Type）（1）选择终端驱动（Driven Terminal）（2）点击OK按钮。
F6.3.3⼆．创建3D模型（⼀）设置模型单位1.选择选项Modeler>Units2.设置模型单位：（1）选择单位：mm（2）点击按钮OKF6.3.4（⼆）设置缺省材料1.选择软件窗⼝右上⽅区域3D Modeler Materials ⼯具条的SelectF6.3.52.选择定义窗⼝：（1）点击Add Material 按钮（2）查看/编辑材料窗⼝：a．Material Name类型设为My_Subb．Value of Relative Permittivity 介电常数为2.33c．Value of Dielectric Loss Tangent 损耗因数为0.000429d．点击OK按钮。
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实验二：环形定向耦合器仿真场分析
实验目的：
掌握带状线的设置、理解和分析环形定向耦合器的结构和原理。
实验内容：
利用HFSS软件设计一个环形定向耦合器，此环形耦合器使用带状线结构。
耦合器的工作频率为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。
实验原理：
此环形耦合器使用带状线结构，HFSS工程可以采用终端驱动求解类型。
4个端口都与背景相接触，所以采用波端口激励，且端口负载阻抗设置为50欧姆。
为了简化建模操作以及节省计算时间，带状线的金属层使用理想薄导体来实现，即通过创建二维平面然后给二维平面指定理想导体边界条件来模拟带状线的金属层；带状线的金属层位于介质层的中央。
在 HFSS 中，与背景相接触的表面会自动设置为理想导体边界，因此带状线上下两边的参考地无须额外指定，直接使用默认的理想导体边界即可。
实验步骤及结果：
一、新建工程设置
1.插入HFSS设计
2.设置求解类型
3.设置默认的长度单位
从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令
4.建模相关选项设置（使得建立三维模型之后弹出属性窗口）
从主菜单栏中选择【Tools】→【Options】→【Modeler Options】
5.定义变量 length
从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令
点击Add
按图填入相应的值然后点击OK
点击‘确定’
6.添加新材料
从主菜单栏中选择【Tools】→【Edit Configured Libraries】→【Materials】命令
点击
按图填入相应的值，然后点击ok
选择My_Sub，点击‘确定’，就把My_Sub设置成默认的选用材料
7.创建带状线介质层模型
随便设置一个圆 , 按图输入，创建一个正六边形柱体，点击OK
跳出属性界面，按图输入，点击‘确定’
缩放到合适的大小，可以得到下图
8.创建带状线金属层模型
随便画一个矩形，按下图设置属性
双击,打开矩形属性界面,按下图设置属性，然后点击‘确定’
单击选择Trace
单击Duplicate Around Axis
按下图设置，然后点击OK,就可复制粘贴Trace，
跳出界面，直接点击‘确定’
这样就复制粘贴创建成功,随便画一个画圆，按图选择及设置属性，点击‘确定’
合并，按住ctrl,依次选择Trace, Trace1, Trace2, Trace3,Outer，点击Unite得到下图
减去，随便画一个圆，按下图设置属性
按下ctrl依次选择Trace和Circle1,点击Subtract
点击OK,得到下图
9．设置环形带状线 Trace 为理想导体边界,直接点击OK
10．设置耦合器四个端口为波端口激励,按下F键进入面选模式选择这个面，右键进行下面操作
按左图修改属性，点击OK
按图上顺序依次对其他三个端口进行同样操作。
就可以得到下图
右键，选择，将名字改为下方名字
因为系统本身就设定端口阻抗为 50Ω，因此不需要再进行操作修改。
11. 单频求解设置
按下图设置属性
12. 扫频设置
按下图设置属性
12.检查并运行
点击Close
13. 查看 S 参数扫频结果
右键单击工程树下的Results 节点，在弹出菜单中选择【Create Terminal Solution Data Report】→【Rectangular Plot】命令，打开“结果报告设置”对话框。
按下图选择，然后点击
查看生成结果报告
14. 查看 4GHz 频点的 S 矩阵
右键单击工程树下的 Results 节点，从弹出菜单中选择【Solution Data】命令，打开如图 9.25 所示的求解结果显示窗口。
按下图设置属性：。