HFSS仿真设计频率为4.7GHz的wilkinson功率分配器(图文)
电磁仿真HFSS、CST、FEKO时域频域硬件配置方案
电磁仿真(HFSS、CST、Feko)时域频域精准配置推荐2018目录1.电磁仿真计算特点与硬件配资分析2.电磁仿真计算绝配~UltraLAB工作站介绍3.电磁仿真计算硬件配置（单机与集群）推荐一．电磁仿真计算特点与硬件配置分析电磁场仿真软件广泛应用于无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域，从毫米波电路、射频电路封装设计验证，到混合集成电路、PCB板、无源板级器件、RFIC/MMIC设计，天线设计，微波腔体、衰减器、微波转接头、波导录波器等设计等1.1 电磁仿真算法分类、计算特点计算电磁学（CEM）方法大致可分为2类：精确算法和高频近似方法。
（1）全波精确计算法包括差分法（FDTD，FDFD）、有限元（FEM）、矩量法（MoM）以及基于矩量法的快速算法（如快速多极子FMM和多层快速多极子MLFMA）等，其中，在解决电大目标电磁问题中最有效的方法为多层快速多极子方法。
（2）高频近似方法一般可归作2类：一类基于射线光学，包括几何光学（GO）、几何绕射理论（GTD）以及在GTD 基础上发展起来的一致性绕射理论（UTD）等；另一类基于波前光学，包括物理光学（PO）、物理绕射理论（PTD）、等效电磁流方法（MEC）以及增量长度绕射系数法（ILDC）等算法计算特点汇总如下小结：1.时域算法，属于显式算法，传统的CPU多核加速比好，核数越多计算越快，此外，并行度高，支持GPU加速计算，注意大部分求解器对GPU要求是双精度计算为主，也就是说需要用双精度性能高的GPU卡2频域算法，属于隐式算法，支持多核并行计算，但核数并行计算有限，不支持GPU计算，提升性能的手段，就是提升CPU的频率，足够大的内存，值得注意当内存非常大的时候（超过192GB），硬盘io性能非常关键1.2 对并行计算求解过程分析如何配置CPU要根据求解过程和算法特点，尤其要了解时域、频域两大算法特点紧密结合，这样才能更高效更合理，从并行求解流程图看，循环计算过程是单核和多核交叉过程上图可以看出，CPU选型非常重要，CPU睿频足够高，大幅缩短【阶段1】求解时间，和整机足够核数+高频运行，大幅缩短【阶段2】的求解器解算时间常规工作站卖家，提供的机器往往多核忽视了睿频的重要性，整个计算过程效率非常低，因此硬件配置注意：1.如果是时域算法为主，例如 FDTD、FIT求解器，由于并行度高，工作站配置尽量多核，可显著提升求解速度，同时注意阶段1睿频高的处理器更快，如果是以GPU计算为主，可以配置CPU频率高，核数少的，这样整个过程显著提升2.如果是隐式算法为主，例如 FEM，MOM求解器，由于并行度有限，一定要睿频尽可能高，同时保证足够的核数的并行，这样整个求解过程无死角瓶颈3.如果是多种算法并用，CPU要足够核数与高睿频之间选择一个兼顾的规格，三种应用（时域算法、频域算法、混合算法）都均能确保工作站硬件计算性能最大化考虑到上述计算特点，CPU的选择对整个求解过程极其重要，下面是最新上市的intel Xeon Schalable(可扩展)处理器多种规格，UltraLAB选型分析：1.3 CEM求解规模与硬件配置推荐a）基于时域算法~UltraLAB硬件配置参考（CPU类）b）基于频域算法~UltraLAB硬件配置参考c）基于超大规模时域算法求解GPU选型如果以GPU求解为为主，可选的GPU卡参考下表二．基于电磁仿真计算的UltraLAB机型介绍UltraLAB是西安坤隆计算机科技有限公司推出的定制图形工作站品牌，经过多年发展，该产品拥有傲视群雄的三大领先优势：先进计算硬件架构、完整齐全行业应用定制方案、专业硬件系统优化技术，大幅超越同类的“图形工作站”产品，我们提供基于电磁仿真计算应用最快硬件架构产品系列2.1 极速图形工作站H490介绍配置特点：（1）CPU具有超高的频率，中小规模时域与频域求解，发挥极致性能6核5.0GHz，8~10核4.8GHz，12~14核4.6GHz，16~18核4.4GHz（2）GPU 支持双GPU架构超算显著优势：和市场上单路cpu架构的工作站（单Xeon E5v4，单Xeon W-2100系列，单Xeon Schalable 系列）相比，拥有超高频率，在多核并行计算（特别是频域求解），性能出众2.2 高性能计算工作站EX620配置特点：CPU 支持双Xeon Schalable（可扩展）处理器，拥有更高频率和更低延迟，中大规模时域与频域求解，发挥极致性能提供规格：24核*4GHz/4.2GHz36核3.7GHz/3.7GHz40核3.1GHz/3.7GHz48核*3.5GHz/3.7GHz56核*3.3GHz/3.8GHzGPU 支持双GPU架构超算显著优势：和市场上常规双路cpu工作站（双Xeon E5v4，双Xeon Schalable系列）相比，拥有更高频率，多核并行计算（时域、频域算法），定位精准高效，显式计算（EX620i）、显式隐式计算通吃（EX620）2.3 超大规模仿真计算机型Alpha720配置特点：CPU 支持4颗Xeon E7v4处理器(最高到96核)，拥有更高频率和更低延迟，超大规模时域算法求解，极致性能提供规格：72核2.8GHz，96核2.7GHzGPU 支持双GPU架构超算显著优势市面上唯一的最快时域求解（CPU计算架构）工作站，极致性能还静音2.4 图灵超算工作站GX490M或GX620MGX490M配置特点：CPU 具有超高的频率，中小规模时域与频域求解，发挥极致性能提供规格：10核4.8GHz，12~14核4.6GHz，16~18核4.4GHzGPU 支持7块双槽GPU卡GX620M配置特点：CPU 支持双Xeon Schalable（可扩展）处理器，拥有更高频率和更低延迟，中大规模时域与频域求解，发挥极致性能提供规格：24核4GHz，36核3.7GHz，40核3.1GHz，48核3.5GHz，56核3.3GHzGPU 支持9块双槽GPU卡显著优势市面上唯一的基于办公环境（静音级）最强大GPU超算性能时域求解计算系统，同时兼顾频域隐式算法极致性能展现三．电磁仿真计算硬件配置（单机与集群）推荐提供单机CPU、单机GPU、集群架构的全面完整的硬件配置方案3.1基于多种算法（CPU计算）单机工作站硬件配置方案3.2基于时域求解（GPU计算架构）单机硬件配置方案3.3基于分布式集群的硬件配置方案方案2 基于CPU+GPU异构超算的分布式集群方案说明：（1）上述报价仅仅是硬件系统，还需要作业调度系统及安装调试、培训、维护费用（2）该集群中，每个计算节点比市场上低频双Xeon架构配置，性能更高，保证循环过程中，每个环节计算性能发挥到极致。
威尔金森功分器
威尔金森功分器一、实验目的：1、了解功率分配器电路的原理及设计方法。
2、学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。
3、掌握功率分配器的制作及调试方法。
二、实验任务：1、了解功分器的工作原理。
2、使用ADS软件设计一个功分器，并对其参数进行优化、仿真。
3、根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。
4、对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。
三、实验内容、实验过程描述：1、设计指标：通带0.9－1.1GHz，功分比为1：1，带内各端口反射系数小于-20dB ，两输出端隔离度小于-25dB，传输损耗小于3.1dB。
在进行设计时，主要是以功分器的S参数作为优化目标进行优化仿真。
S21、S31是传输参数，反映传输损耗；S11、S22、S33分别是输入输出端口的反射系数。
S23反映了两个输出端口之间的隔离度。
2、用ADS软件设计（1）、打开ADS软件（2）、创建新的工程文件（3）、打开原理图设计窗口在原理图所设计窗口中选择微带电路的工具栏选用微带线以及连接好的原理图如下（5）设置微带电路的基本参数双击图上的控件MSUB设置微带线参数H:基板厚度(1 mm)Er:基板相对介电常数(4.8)Mur:磁导率(1)Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度(1.0e+33 mm)T:金属层厚度(0.03 mm)TanD:损耗角正切(1e-4)Roungh:表面粗糙度(0 mm)（6）设置微带器件的参数双击每个微带线设置参数，W、L分别设为相应的变量或常量，单位mm，注意上下两臂的对称性。
单击工具栏上的V AR 图标，把变量控件V AR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加W，L参数。
中间微带线的长度大约为四分之一波长(根据中心频率用微带线计算工具算出)，各个线宽的初始值可以用微带线计算工具算出，微带线的宽度最窄只能取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。
（7）S参数仿真电路设计在原理图设计窗口中选择S参数仿真的工具栏选择Term 放置在功分器三个端口上，用来定义端口1、2和3，点击图标，放置三个地，并按照下页图连接好电路。
(完整word版)一分四功分器仿真案例
一分四功分器的设计这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个一分四的微带功分器。
图1一、开始1. 启动Ansoft HFSS点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS13程序组，点击HFSS13，进入Ansoft HFSS。
2. 设置工具选项1、设置工具选项注意：为了与这个例子的后续步骤一致，要对工具选项进行如下设置：2、选择菜单：Tools > Options > HFSS Options3、HFSS选项窗口a、点击常规（General）标签创建边界时使用数据输入条（Use Wizards for data entry when creating newboundaries）：选勾复制几何图形的边界（Duplicate boundaries with geometry）：选勾b、点击确定键。
4、选择菜单Tools 〉Options 〉Modeler Options 。
5、3D Modeler Options模块选项窗口a、点击Operation 键曲线自动封闭（Automatically cover closed polylines）：选勾b、点击Drawing 键新的原始模型编辑属性（Edit property of new primitives）：选勾c、点击确定。
3. 打开新工程1、在HFSS窗口，点击工具条上的，或者选择菜单File > New 。
2、从Project菜单选择Insert HFSS Design。
图24. 设置求解类型1. 选择菜单HFSS 〉Solution Type。
2. Solution Type窗口：1）选择模式驱动（Driven Modal）2）点击OK按钮。
图3二、建立3D模型1. 设置模型单位1. 选择菜单Modeler 〉Units 。
2. 设置单位：a. 选择单位毫米（mm）b. 点击确定2. 设置默认材料1. 在3D模型材料工具栏，选择Select。
威尔金森是怎么设计出威尔金森功分器的？
威尔金森是怎么设计出威尔金森功分器的？威尔金森功分器是个好东西，在射频领域里面应用很广泛。
第一次认识它是在教科书上，书上介绍了他的原理，自己也琢磨了很久，也理解了奇偶模分析的方法和隔离电阻的作用。
但是一直想知道威尔金森是怎么设计出来的？我们是否也可以按照一定的思路设计功分器呢？下面就去找这个思路，最终找到的这个思路可以方便的设计各种各样的功分器，俺的同事已经实践了哈，大家看完也可以试验一把。
首先明确一下这个功分器的要求：1.在微波射频领域，能量是非常宝贵的，所以设计的功分器不能够额外损失能量，如果分为两路的话就是每一路损耗3dB，即︱S21︱=︱S31︱=0.7072.各端口均50欧姆匹配，且两个输出口的完全隔离，即︱S11︱=︱S22︱=︱S33︱=︱S32︱=︱S23︱= 0图2根据以上的要求，我们设计一个对称的功分器，这样就可以只考虑一个端口，上面条件的一半就可以了，即︱S21︱=0.707，︱S11︱=︱S22︱=︱S32︱=0。
如图2所示，从中间把这个我们要设计的功分器分开，两边的的电压都是一模一样的，处处都是开路点。
1．由于端口1匹配，所以输入阻抗为50欧姆。
从1端口输入的能量分为对称的两路，那么每一路的阻抗都是100欧姆。
这个功分器第一个任务的就要用开路线左边的部分把端口2的50欧姆变换到100欧姆，且无损耗。
2．根据微波网络的理论，如果我们使用的都是电容，电感，传输线，电阻这些互易原件，那么整个功分器也就是互易的（关于对这个理论的理解后面文章会给出解释）。
即︱S2 1︱=︱S12︱=0.707。
也就是从端口2到端口1的能量为一半，那另外一半呢？又不能反射回去，又不能泄漏到端口3。
所以这个功分器的第二个任务就是要有一个电阻来吸收端口2入射过来的一半能量。
这个需求太抽象了，还要细化分解，下面利用奇偶模的方法来分析一下。
如下图所示，从端口2输入一个电压幅度为1的波，分解为奇偶模式，偶模式就是1端口输入情况下功率分配的逆过程，端口2、3均无反射波，有一半的能量从端口1输出，那么奇模的能量必须都要消耗到电阻上，不能有反射波回来。
高频结构仿真软件HFSS
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有限元法：将一个结构分成成千上万的小区域（单元）可以使系统分别计 算每一个单元。系统划分的区域越小，最终值越精确。实现场的优化计算。
2018年11月5日 7
HFSS－求解器类型
Driven Modal（驱动模式）激励求解：计算基于S参数
（微波网络S参数）的模型。根据波导模式的入射和反 射能量计算S矩阵 通用S参数 Driven Terminal（终端驱动）激励终端求解：计算基 于多导体传输线端口的终端S参数。根据终端电压和电 流计算S矩阵； Eigen mode（本征模）：计算结构的本征模，谐振。 本征模求解器将寻找到结构的谐振频率并计算这些谐 振频率上的场；
2018年11月5日
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HFSS的核心算法
下面显示着一个由模拟器建立的样本结构。这个混合接头的唯一特征
是信号从端口１均匀耦合到２、３端口，不耦合到４端口。在 Ansoft HFSS，这个几何结构自动被剖分成大量的四面体，一个四面体基本上 是一个四面的角锥。四面体的集合叫做有限元网面。下图是混合接头 4 的有限元网面剖分图。
2018年11月5日
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HFSS的操作步骤
Ansoft HFSS提供了一个直观、易于使用、用于建立任意三维无源器件
模型的界面。创建一个设计包括以下几个步骤：
1）File>New，然后点击Project>Insert HFSS Design，新建一个Project。
当然可以通过File>Open，打开一个已经存在的Project；
2）HFSS>Solution Type，设置解算类型，确定如何激励和收敛。HFSS
有三种解算类型，第一种是模式驱动（Driven Modal），根据波导模式 的入射和反射功率表示 S 参数矩阵的解；第二种是终端驱动（ Driven Terminal），根据传输线终端的电压和电流表示 S参数矩阵的解；第三 种是本征模（Eignemode），求解物理结构的谐振频率以及这些谐振频
威尔金森是怎么设计出威尔金森功分器的
威尔金森是怎么设计出威尔金森功分器的威尔金森功分器是一种用于将输入信号分解为功率成分的电路。
它由英国工程师威尔金森于1947年设计，并在1950年的《电子工程师杂志》上发表。
这个电路设计的初衷是为了解决实际电路中功率测量的问题。
威尔金森功分器的设计是基于一种被称为“复制器”的元件。
复制器是一种有两个输入端和两个输出端的电路，其特点是在两个输出端上复制输入信号。
复制器的设计实现了信号的复制，这在威尔金森功分器的设计中起到了关键作用。
威尔金森功分器的电路结构如下：
一、课题名称3dB单节功率分配器的仿真设计二、课题任务运用功分器设计原理，利用HFSS软件设计一个Wilkinson功分器，中心工作频率3.0GHz。
⏹基本要求实现一个单阶Wilkinson等功分设计，带内匹配≤-10dB，输出端口隔离≤-10dB，任选一种微波传输线结构实现。
⏹进阶要求多阶（N≥2），匹配良好（S11≤-15dB），不等分，带阻抗变换器（输出端口阻抗不为50Ω），多种传输线实现。
三、实现方式自选一种或者多种传输线实现，如微带线，同轴线，带状线等，要求输入输出端口阻抗为50Ω，要求有隔离电阻（通过添加额外的端口实现）四、具体过程1.计算基本参数通过ADS Tool中的Linecalc这个软件来进行初步的计算。
在HFSS中选定版型为Rogers RT/duroid 5880 (tm)，如具体参数下图➢50Ω微带线计算得到选取微带线宽度约为0.67mm。
➢70.7Ω微带线计算得到选取微带线宽度约为0.34mm，由于微带线电长度与其宽度没有必然联系，所以两个分支微带线的长度根据具体情况进行更改。
2.绘制仿真模型➢微带单阶功分器参数解释：◆空气腔参数：a：宽度；b，b1，b2：各部分长度。
◆微带参数：w50：阻抗为50Ω的微带线宽度；w2：两分支线宽度；l1，l2，l3，l4：各部分微带线长度；rad1，rad2：各部分分支线长度（即半环半径）◆在本例中，需要调整的调整关键参数为w2，rad1，空气腔参数随关键参数相应调整即可。
◆根据计算，此处的吸收电阻值应该为100Ω，但是在实际情况中，选取97Ω。
➢微带多阶功分器参数解释：◆空气腔参数：a：宽度；b，b1，b2：各部分长度。
◆微带参数：w50：阻抗为50Ω的微带线宽度；w2：两分支线宽度；l1，l2，l3，l4：各部分微带线长度；rad1，rad2：各部分分支线长度（即半环半径）◆在本例中，需要调整的调整关键参数为w2，rad1，微调参数为w50，rad2，空气腔参数随关键参数相应调整即可。
滤波器HFSS功率仿真
功率仿真
功率仿真主要集中在以下两个方面：
一.看某个产品的某个方案在某个功率会不会打火。
二.看某个产品的最大承受功率是多少。
两个方面方法类似，以第一个问题为例步骤如下：
1.将规范要求的功率转化常温常压下的功率要求P0（本例转化后为2000W）。
功率转换：
2.在HFSS里面建立一个单腔模型，并将相对的两个面设置为端口，然后将一个端口的幅度设置为P0（比例因子为1W）
功率设置：
3.设置计算频率为要求的频率（本例为1805MHz ），得到电场强度（左边显示的最高场强为腔体内会出现的最高场强），将该最高场强与6
100.1⨯V/m （空气的击穿场强为6100.3⨯V/m ，为了排除加工等因素的影响，我们将安全电场设置为其1/3）比较，低于该值则可认为是安全的，高于该值认为是不安全的，等于该值则认为是临界的。
DDUD ：
从场强看，该种方案的DDUD 功率比较临界，事实证明确实如此，样品阶段功率OK ，小批量的时候有少数产品打火。
DDMD ：
从场强看，该方案功率在550W应该是安全的，事实上目前为止几个样品功率都能发到650W 都没有出现打火现象。
1862.6MHz：
1868.3MHz：
1.8G：180
2.9
1792.3：。
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HFSS仿真设计频率为4.7GHz的wilkinson功率分配器(图文)
在HFSS中仿真设计中心频率为4.7GHz的wilkinson
功率分配器(图文)
时间：2015-08-15 来源：天线设计网TAGS：功率分配器功分器无源器件wilkinson
功分器是无线通信系统中的一种非常重要的微波无源器件，在天线阵馈电系统、功率放大器和无线局域网中都有着广泛的应用。
目前应用最多的微波功率分配器多为威尔金森(wilkinson)形式的功分器，其优点在于设计方法较简单、易于实现，输出端口可以实现较高隔离。
小编今天带给大家的是以介质板材roger 5880的经典的wilkinson功率分配器的仿真设计。
介电常数为2.2哦。
step1：首先当然是确定Z0啦。
一般都选取50欧姆呢。
那么中间的R=2*Z0=100欧姆。
step2：四分之一波长线要注意不是空气中的波长哦。
step3：当然是优化仿真结果啦。
（a）仿真模型：
（b）在hfss中加入集总参数元件电阻
（c）查看仿真结果
由回波损耗可以看出S12=S13=-3dB，S11在-20dB以下。
相对带宽约为27%。
（d）场分布图
（e）模型下载
wilkinson功率分配器
(37.54 KB)
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