HFSST形接头即波导功分器
一种宽带低剖面动中通天线单元的设计
一种宽带低剖面动中通天线单元的设计郑文泉;马岩冰;薛玲珑;黄一【摘要】针对目前移动卫星通信系统中对天线性能、形式的需求，设计了一种宽带低剖面动中通天线单元。
该天线单元由加载金属栅格的二联装角锥喇叭天线、正交模耦合器和H⁃T波导功分器组合构成。
其中正交模耦合器采用阶梯阻抗匹配的方波导与耦合波导相结合的方法作分析设计。
仿真结果表明，天线单元的带宽可达到30％，极化隔离度在－62 dB以下，同时天线单元结构紧凑，剖面较低。
%According to the requirements of mobile satellite communications on antenna performance and shape,a broadband and low profile array element of“Satcom on the Move” is presented.The antenna cell can be comprised of two pyramidal horn antennas with metal grids,Orthomode Transducer ( OMT ) and H⁃T waveguide power divider. The OMT adopts the idea of square waveguide using stepped impedance matching method combined with a coupling waveguide together.The simulated results indicate that with an optimum design,the bandwidth of the antenna element can be up to 30% with the polarized isolation below -62 dB and the aperture and profile minimized.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2016(046)012【总页数】4页(P54-57)【关键词】宽带;低剖面;角锥喇叭天线;正交模耦合器;波导功分器【作者】郑文泉;马岩冰;薛玲珑;黄一【作者单位】上海航天电子技术研究所，上海201109;上海航天电子技术研究所，上海201109;上海航天电子技术研究所，上海201109;上海航天电子技术研究所，上海201109【正文语种】中文【中图分类】TN82动中通天线是卫星移动通信系统中的重要组成部分，可在车载、船载和机载等移动载体快速移动中实现系统长时间、不间断的高速率信息传输[1]；同时，能满足应急通信保障系统中高标准、高可靠性的要求，可广泛应用于新闻采集和应急指挥等领域[2]。
一分四功分器 仿真案例精编版
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。
一种带状线Wilkinson功分器的设计制作
一种带状线Wilkinson功分器的设计制作HU Yue;WU Zhilin;SHI Yu;LIU Lan;WEN Jie;LIU Lele【摘要】针对微波射频器件小型化的需求,文中采用ADS与HFSS联合仿真设计的方法,设计并制作了一种宽带小型化带状线一分二Wilkinson功分器.使用带状线结构取代传统的微带线结构,并引入“蛇形布线”和“翻折结构”,利用过孔进行垂直互连.采用PCB板叠压的形式实现带状线结构和隔离电阻的装配.此结构在很大程度上减小了功分器的物理尺寸,并拥有优良的电性能.测试结果表明,功分器在1 ～3 GHz的工作频带内,插入损耗＜0.7 dB,隔离度＞18 dB,驻波在1.4以下.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2018(031)012【总页数】5页(P52-56)【关键词】Wilkinson功分器;带状线;宽带;小型化;ADS;HFSS【作者】HU Yue;WU Zhilin;SHI Yu;LIU Lan;WEN Jie;LIU Lele【作者单位】;;;;;【正文语种】中文【中图分类】TN626在微波射频系统中，功分器将输入功率按一定的比例进行分配，同时也可逆向使用，用作功率合成器，是最常用的无源微波射频器件。
例如，在相控阵雷达中，功分器被用于将发射功率按照一定的比例分配给相应的T/R组件[1-2]；在测向系统中，功分器被用于将标校信号分配给对应的开关组件。
随着微波射频技术的不断发展，对系统和器件的小型化提出了更高的要求[3]。
微带结构的Wilkinson功分器结构简单，易于集成，但它的功分输出分支线为λ/4传输线，致使功分器在工作频率较低的时候尺寸较大。
同时，单节功分器无法适应宽带的需求[4]，其节数的增加也导致尺寸扩大，制约了小型化的发展。
有学者指出，有关 Wilkinson功分器的研究主要致力于降低整体电路区域大小[5]，可见减小功分器的尺寸对功分器的研究意义重大。
基于波导合成高效宽带Ka波段连续波发射机设计
基于波导合成高效宽带Ka波段连续波发射机设计樊锡元【摘要】提出了一种基于BB320波导微带探针及BJ320波导ET、HT合成的Ka 波段高效空间合成发射机方案.波导合成实现了高效率,BB320波导形式实现合成结构轻小型化.首先利用HFSS软件分析两种波导合成器三维模型,给出了仿真结果.在工程设计中采用GaN功率芯片构成放大器小模块单元,输出峰值功率7W连续波.25 W功放采用4个模块单元合成.发射机采用4个25 W发射功放波导合成,在Ka波段输出功率90 W以上连续波,工作带宽达到6 GHz,总合成效率在80％,附加效率达到18％.合理的结构及热设计保证了发射机高功率工作的可靠性.【期刊名称】《雷达与对抗》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】6页(P43-48)【关键词】发射机;BB320波导微带探针;波导ET/HT;空间功率合成;高可靠性【作者】樊锡元【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽省天线与微波工程实验室,合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN8380 引言高功率放大器是微波／毫米波无线电子系统中核心部件，其发射功率的大小直接决定了作用距离、抗干扰能力及通信质量。
固态放大器因其具有体积小、供电电压低，以及使用寿命长、维护成本低等特点，在目前电子系统小型化趋势下得到广泛应用。
但是，固态放大器件输出功率有限，为获得更大功率输出，往往需要功率合成技术。
传统的电路合成技术采用威尔金森电桥、分支线电桥、Lange桥等功分／合成网络，应用广泛。
但是，平面传输线损耗大，合成效率随合成网络级数增加显著下降，因而限制了放大器的数量，无法满足高效率与大功率的要求。
近年来提出的空间功率合成技术最大优点在于合成效率高，适合多器件合成得到大功率输出，如准光合成、波导内合成以及波导裂缝阵［1⁃4］等。
但是，结构上的缺陷使它们在功放散热这个重要性能上有很大的不足，难于适应大功率输出、高热流密度功放场合。
电子科大HFSS(01)微波仿真技术与微波仿真软件
CST Design Studio界面
Ansoft Serenade
Ansoft Serenade 设计环境为现代的射频以及微波设计者们提供了一个强大 的电路、系统和电磁仿真的工具。简易的使用环境允许使用者们在仿真器和 其他的工具（如文字处理器）最大程度的产生数据资料的转移。简单的说， 它主要包括Harmonica电路仿真 和 Symphony系统仿真部分。 Symphony 可以在Serenade 文件夹（一种计算机标原理图获取、布局、和 仿真环境）下面运行。它是一个可以仿真有射频、微波和数字部分组成的通 信系统的软件工具。Symphony 添加了针对外围环境的高效的模拟、数字混 合方式（模拟和数字）和系统分析能力。使用者能够很快的构建一个系统包 括大量元件的库里的射频部分的模拟和数字信号处理。像信道编码，模拟和 数字信号处理滤波器，放大器，晶体震荡器衰减信道模型。这些都能使设计 者们迅速的组建有线的或者无线系统。由于系统自带了那么多模型，因此设 计者只需要对元器件键入很少的关键特征。它也能够对线性或非线性系统进 行彻底的操作。 它也能输出例如增益、噪声和在时域或者频域上的误码率。针对不同的设计 方法，在早期阶段的时候它就能够迅速的检查，以减少设计周期时间和避免 由于射频和数字信号处理系统之间的互相干扰而造成的高成本的重新设计。 一旦一个设计系统结构被确认了那么一个自上而下的设计流程就能被完成。 一个系统的误码率能够基于完整的系统分析而计算出来。对射频的描述，例 如阻抗不匹配，晶体震荡器的相位噪声和群延迟，在系统中（当然包括噪声， 输入功率，S参数和其他的输入信号扫描分析）把误码率的计算作为一个任何 参数的函数。
ADS主要应用
ADS功能非常强大，对整个现代通信系统及其子系统 的设计和仿真提供支持。主要应用有以下几个主要方 面：
Ka波段基片集成波导罗特曼透镜多波束阵列天线
Ka波段基片集成波导罗特曼透镜多波束阵列天线Xue Fei;Lang Huaqing;Yang Lina【摘要】利用基片集成波导结构完成Ka波段罗特曼透镜仿真设计.在设计中基于罗特曼透镜原理与基片集成波导,利用Matlab在HFSS中得到罗特曼透镜轮廓及透镜的结构中旁壁形状,并对基片集成波导缝隙阵列天线进行设计比较,完成对15×32槽多波束阵列天线的设计,设计了一个单层基片集成波导-金属波导垂直转接的结构.最后, 将各个部分结合在一起, 完成中心频点为35 GHz基片集成波导罗特曼透镜多波束阵列天线设计,其带宽为600 MHz,增益为27. 1 dB,扫描角度为90°.【期刊名称】《航空兵器》【年(卷),期】2019(026)003【总页数】6页(P56-61)【关键词】基片集成波导;罗特曼透镜;缝隙天线;多波束阵列天线【作者】Xue Fei;Lang Huaqing;Yang Lina【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TJ765.3;TN8200 引言随着毫米波高频段系统的发展，平面化、集成化对传统天线的设计提出了更高要求，即需要开发出高性能、低成本的平面阵列天线。
基片集成波导结合了普通平面电路和金属波导的双重优点，能满足现代波束成型网络对性能、外形、重量、加工工艺、成本等诸多方面的要求[1-3]。
多波束天线形成有相控阵天线和透镜天线两种类型[4]。
透镜天线利用同一天线口径形成多个独立且相互重叠的窄波束,虽然其调零分辨率不及相控阵天线,但可以实现波束的最佳空域覆盖,而相控阵天线需要大量集成移相器、功分器或定向耦合器,实现起来非常复杂。
罗特曼透镜则能形成多个波束，覆盖很宽的角度范围、增益高，是经典波束形成网络之一。
现有的罗特曼透镜主要基于微带形式设计实现[5-8]，由于微带在高频损耗较大且设计较为复杂，因此本文将基片集成波导技术与罗特曼透镜结合，实现Ka波段基片集成波导罗特曼透镜多波束阵列天线。
X波段四路功率合成器
X波段四路功率合成器张思明;谢敏【摘要】文章介绍了一种基于波导-鳍线-微带线过渡的4路功率合成器结构,并通过Ansoft HFSS电磁仿真软件对其进行了仿真分析和优化设计.在整个X波段(8GHz～12GHz)内,功率合成器的插入损耗小于0.25dB,回波损耗大于-15dB,且通过加载微带扇形结构使同一平面上端口的隔离度大于8.5dB.结果表明,此结构在实现微波功率合成方面具有一定的应用前景.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2019(021)002【总页数】3页(P40-42)【关键词】X波段;波导-微带过渡;功率合成器;鳍线【作者】张思明;谢敏【作者单位】西安电子工程研究所,陕西西安 710100;西安电子工程研究所,陕西西安 710100【正文语种】中文【中图分类】TN731 引言微波或毫米波频段高功率发射机是现代雷达必不可少的关键分机之一。
近年来，随着微波半导体大功率器件的发展，采用微波单片集成电路和微波网络技术的固态发射机得到广泛的应用。
相比于微波电子管发射机，固态发射机具有工作电压低、体积小、重量轻、工作频带宽、效率高等优点[1,2]。
但是由于单个固态功率放大器件的功率容量较小，所以为了在满足固态发射机大功率指标要求的同时又可体现固态发射机的优点，就需要在发射机中设计功率合成器将多个固态放大器的输出进行叠加，即采用功率合成技术[3]。
功率合成就是通过设计无源的功率合成网络将多个功率固态放大器的输出进行叠加。
Nail-Shuo Chen提出了一种基于集成在标准 WR-90波导内的槽形天线阵列宽带空间功率合成放大器，在工作频带内具有 73%的平均合成效率[4]。
Saavedra.C.E 提出了将电路、波导及空间功率合成用于毫米波的概念，其提出的无源阵自由空间到微带线间的插入损耗低于1.5dB[5]。
设计无源的功率合成网络的关键在于尽可能的提高功率合成效率，降低损耗。
本文提出了一种基于波导－鳍线－微带线过渡的无源功率合成器。
基于超材料的低剖面宽带双极化天线设计
基于超材料的低剖面宽带双极化天线设计刘松涛;秦顺友;韩国栋【摘要】设计了一种基于超材料的低剖面宽带双极化天线;该天线采用复合左右手结构(CRLH)作为辐射单元,利用其色散曲线的非线性的特点,实现两种模式谐振点的融合,拓展带宽;同时采用不连通的十字形缝隙改善异极化隔离与交叉极化;阐述了以复合左右手结构作为天线辐射单元的宽带低剖面天线的工作原理以及复合左右手结构色散图的绘制方法;论述了宽带低剖面线极化天线、水平/垂直双极化天线、±45°双极化天线的设计方法,并给出了HFSS的仿真结果;仿真结果表明:该天线具有小型化、低剖面、宽频带的特点,可用作大型天线阵的阵元.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2018(026)009【总页数】5页(P292-296)【关键词】CRLH;低剖面;双极化天线【作者】刘松涛;秦顺友;韩国栋【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN820 引言随着电子器件和电路系统向着小型化、集成化、多功能的方向发展，留给天线的空间越来越小，这就要求在设计天线时要尽可能降低天线的剖面高度与尺寸，在保证优良性能的前提下尽可能的减小天线尺寸是目前研究的重点。
超材料作为一种新型的电磁材料，通过设计材料的关键物理结构，可以使该材料呈现出与自然界普通材料不一样的奇异特性，为实现天线的小型化、宽频带、低剖面、高增益提供了新思路［1-2］。
电磁带隙结构 (EBG)具有同相反射性，以EBG结构作为天线反射板，是常见的降低天线剖面的方法［3-5］，但EBG结构具有窄带特性，用此种方法很难实现宽带天线。
文献［6］使用蘑菇型CRLH结构实现低剖面，但该天线尺寸过大，为1．1λ(1．1λ(λ为真空中该天线中心频点对应波长)，且波束宽度较窄，不利于组阵应用，此外，蘑菇型结构存在过孔，加工较为复杂。
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围之内，其次自变量的范围越窄越好； 需要设置最大优化迭代次数； 所有的优化器都可以对自变量添加约束。SNLP 和 SMINLP 优化器的约
束条件可以是线性的也可以是非线性的，而Quasi Newton、 Pattern Search和Genetic Algorithm的约束条件只能是线性的。
For L1 norm the actual cost function uses the sum of absolute weighted values of the individual goal errors:
调出L1、L2和Maximum
For L2 norm (the default) the actual cost function uses the weighted sum of absolute values of the individual goal errors:
在一般工程应用当中，为了节约一部分时间，也可设置为中间偏高1/3处进行自 适应求解，能够在精度/速度上获得较好的均衡
适应场合：
需要的频点数不多，并关注各个频点的场分布时
Fast Sweep--快速扫频
特点
通过求解传输函数零极点的方法，快速获得结构的频 率响应
求解时间与扫频点数不敏感，可以求解充分多的频点 数以便表征结构的谐振特性
CST STUDIO SUITETM T形接头（优化）
电子科技大学
2014年6月
波导功分器：T形接头 工作频率9~12GHz
2
HFSS中扫频设置（三种扫频方法）
扫频求解设置
Add Sweep
Discrete Sweep--离散扫频
特点：
利用当前设置频率剖分网格，逐点求解各个频点的电磁场 求解时间与点数成正比 能够得到各个频点的场分布 Solution Frequency可设置扫频范围的最高点作为自适应点
准牛顿（Quasi Newton ）； 模式搜索（Pattern Search ）； 遗传算法（Genetic Algorithm ）；
在大多数情况下，推荐使用连续非线性规划（ Sequential Nonlinear Programming），该优化 器最好用，优化的效果也最好。
优化变量初值的选择
Cost function的定义
The cost function that the optimizer uses is built based on the norm setting as long as there are multiple goals. Thus, in this case the error associated with each individual goal (weighted) is combined in a way that is specific for each norm type chosen.
得到的场分布
离散扫频（Discrete）能得到各个频点的场分布 快速扫频（Fast Sweep）能得到各个频点的场分布 插值扫频（Interpolating Sweep）只能得到自适应频点的场分布
问题： 反射大、功分损耗大？
9
10
方法一：加金属块突起
Length w
11
3端口 1端口
For the Maximum norm the cost function uses the maximum among all the weighted goal errors:
Hale Waihona Puke 优化器1：非线性规划 非线性规划是20世纪50年代才开始形成的一门学科。非线性 规划在工程、管理、经济、科研、军事等方面都有广泛的应 用，为最优设计提供了有力的工具。
方法二：加金属销钉 尺寸单位：mm
100
offset r
50
10 20
工作频率9~12GHz
10
20
金属销钉半径r=1mm，离开短路面距离offset=20mm
优化r和offset，使得1端口反射小于-20dB
12
2端口
优化前可以先参扫，可缩小优化的范围，提高优化的效率
这里以参扫offset为例，计算中心频点10.5GHz处的S11
插值扫描的精度可以通过Error Tolerance设置 Solution Frequency中设置整个扫频范围偏高的位置作为自适应点，
可以在整个带宽内获得较好的精确性 只能得到自适应频点的场分布 适合于超宽带扫频（如DC～10GHz）
三种扫频算法比较
求解频率的设置
离散扫频（Discrete）和插值扫频（Interpolating Sweep） 自适应求解频率设置为扫频范围的偏高处，利用较高求解频率产 生的较多网格确保求解精度
快速扫频（Fast Sweep）的算法特点，使得离开求解频率越远误差越 大，精度越低 自适应求解频率设置为扫频范围的中心点
适合频带情况
离散扫频（Discrete）适合比较窄的少数几个频点 快速扫频（Fast Sweep）适合不宽不窄的频带（大多数应用场合） 插值扫频（Interpolating Sweep）适合超宽带
能够得到各个频点的场分布 Solution Frequency中设置扫频范围的中心点作为自
适应点
网格在求解频率上生成 离开中心频率越远，求解误差越大（不适合特别快的频带）
Interpolating Sweep--插值扫频
特点：
在给定的频率范围内，由软件利用当前网格，自动确定电磁场求解 的频点，然后通过内插，获得整个扫频范围内的频率响应
13
14
15
HFSS 13.0 的优化器
在HFSS优化分析中有5种优化器可供选择。
连续非线性规划（Sequential Nonlinear Programming (SNLP)）；
连续和整数非线性规划（Sequential Mixed Integer NonLinear Programming (SMINLP) ）；