一分四功分器 仿真案例解读

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 Options

3、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 new boundaries）：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2

4. 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。

图4

2. 选择定义窗口：

a. 在通过名称区域输入Taconic TLX (tm)。 b. 点击确定。

图5

3. 创建衬底

1. 创建衬底

1）选择菜单Draw 〉 Box 。

在坐标输入区域，输入长方体的位置

X: 0.0 , Y: -60，Z: 0.0，点击Enter 键。 坐标输入区域，输入长方体的对角位置

dX: 37,dY: 120,dZ: 0.79，点击Enter 键。 2) 设置名称

在性质（Properties）窗口点击Box1选择属性（Attribute）。 在名称（Name ）处输入：Sub1 在透明度(Transparent)选择0.6 点击确定。 2. 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views 。或者按住CTRL+D 键。如图6所示

图6

三、.创建无限接地板 1. 创建无限接地板

1) 选择菜单Draw 〉 Rectangle

2) 在坐标输入区域，输入矩形位置：

X: -30, Y: -72, Z: 0.0, 点击Enter键。 在坐标输入区域，输入矩形对角位置：

dX: 92.5, dY: 140, dZ: 0.79, 点击Enter键。

2. 设置名称

3) 4) 5) 6)

在性质（Properties）窗口选择属性（Attribute）。 在名称（Name ）处输入：GND 在透明度(Transparent)选择0.6 点击确定。

3. 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views 。或者按住CTRL+D 键。如图7所示

图7

4. 给无限接地板设置理想电场边界

1）选择路径：

a. 选择菜单 Edit 〉 Select 〉 By Name 。 b. 选择物体对话框：

选择物体名称：GND .

点击OK按钮。

2 ) 设置理想电场边界

a. 选择菜单HFSS > Boundaries > Assign > Perfect E b. 理想电场窗口

a) 名称:PerfE_GND

b) 无限接地板(Infine Ground Plane )选勾 c) 点击OK

四、创建贴片 1. 创建贴片1

1）选择菜单：Draw 〉 Rectangle 2）在坐标输入区输入矩形位置

X: 0.0, Y: -1.099, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX: 7.479, dY: 2.198, dZ: 0.0, 按Enter键

3） 设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Patch1 点击确定键

4） 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

2. 创建贴片2

1）选择菜单：Draw 〉 Rectangle 2）在坐标输入区输入矩形位置

X: 7.479, Y: 0, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX: 1.2, dY: 5.3981, dZ: 0.0, 按Enter键

3）设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Patch2 点击确定键

4）优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

3. 创建贴片3

1）选择菜单：Draw 〉 Rectangle 2）在坐标输入区输入矩形位置

X: 6.98, Y: 5.3981, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX: 2.198, dY: 21., dZ: 0.0, 按Enter键 3）设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Patch3 点击确定键

4）优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

4. 创建贴片4

1）选择菜单：Draw 〉 Rectangle 2）在坐标输入区输入矩形位置

X: 9.178, Y: 27.2881, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX: 11, dY:2.198, dZ: 0.0, 按Enter键 3）设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Patch4 点击确定键

4） 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

5. 创建贴片5

1）选择菜单：Draw 〉 Rectangle 2）在坐标输入区输入矩形位置

X:20.178, Y:28.3881, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX:1.4, dY: 11, dZ: 0.0, 按Enter键

3） 设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Patch5 点击确定键

4）优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

6. 创建贴片6

1）选择菜单：Draw 〉 Rectangle 2）在坐标输入区输入矩形位置

X: 19.779, Y: 39.3871, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX: 2.198, dY: 3.1, dZ: 0.0, 按Enter键 3） 设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Patch6 点击确定键

4） 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

7. 创建贴片7

1）选择菜单：Draw 〉 Rectangle 2）在坐标输入区输入矩形位置

X: 21.977, Y: 42.4871, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX:15.023, dY:2.06, dZ: 0.0, 按Enter键 3）设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Patch7 点击确定键

4） 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

图8是7个贴片的视图。

图8

8. 创建贴片8

图9

1）选择菜单：Draw 〉 Line

2）将Patch3和Patch4接头处连接起来

将三个顶点以此连接，形成一个封闭的三角形，如图9所示。 3) 设置名称

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Line1 点击确定键 4) 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

9. 创建贴片9

1）选择菜单：Draw 〉 Line

2）将Patch6和Patch7接头的地方连接起来 将三个顶点以此连接，形成一个封闭的三角形

在属性（Properties）窗口选择特性（Attribute）键 在名称处输入：Line2 点击确定键 4) 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

图10

10．组合导体

1）选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name） 2）选择对象对话框

a．选择对象名称：依次Patch5,Patch6,Patch7,Line2 注意：用CTRL+鼠标左键可以选择多个对象 b．点击OK按钮

3）选择菜单中的模型（Modeler）>布尔运算（Boolean）>结合（Unite）

图11

组合后的名称为Line2

11. 镜像复制Line2

1) 选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name）

a．选择对象名称：Line2

b．点击OK按钮

2) 选择项目菜单 Edit>Duplicate>Mirror 在坐标输入区输入矩形位置

X: 20.178, Y: 28.3881, Z: 0.79, 按Enter键

在坐标输入区属土矩形的对角：

dX:0.0, dY:-1.1, dZ: 0.0, 按Enter键 在名称处输入：Patch5_1 点击确定键

12．组合导体

1）选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name） 2）选择对象对话框

a．选择对象名称：依次Patch5_1,Patch2,Patch3,Patch4,Line2_1,Line1 注意：用CTRL+鼠标左键可以选择多个对象 b．点击OK按钮

3）选择菜单中的模型（Modeler）>布尔运算（Boolean）>结合（Unite） 组合后的名称为Line1 ,如图13所示

图13

13. 镜像复制Line1

选择组合对象名称：Line1

2）选中组合的图形进行镜像复制

选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name） a．选择对象名称：Line1 b．点击OK按钮

3）选择项目菜单 Edit>Duplicate>Mirror

在坐标输入区输入矩形位置

X:7.479, Y: 0.0, Z: 0.79, 按Enter键

在坐标输入区属土矩形的对角：

dX:0.0, dY:-1.099, dZ: 0.0, 按Enter键 在名称处输入：Patch5_1 点击确定键

14．组合所有导体

1）选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name） 2）选择对象对话框

a．选择对象名称：Patch1,Line1_1,Patch5_1_1, 注意：用CTRL+鼠标左键可以选择多个对象 b．点击OK按钮

3）选择菜单中的模型（ Modeler）>布尔运算（Boolean）>结合（Unite） 4）选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views 组合后的图形为Line1_1,如图14所示

图14

五、设置目标为理想电场边界

1. 选择目标：

1) 选择菜单：Edit 〉 Select 〉 By Name 2) 选择对象对话框

a、 选择对象名称：Line1_1 b、 点击确定按钮

2. 设置理想电场边界

1) 选择菜单HFSS > Boundaries > Assign > Perfect E 2) 理想电场窗口

a、 名称:PerfE_Patch1 b、 点击确定按钮

六、设置网格线平面

设置网格线平面

1．选择菜单下拉选项：Modeler > Grid Plane > YZ a) 创建波端口 建立端口1：

1．选择主菜单下拉选项：Draw > Rectangle

2．应用坐标信息框，输入Rectangle的位置坐标

X:0.0,Y:1.099, Z:0.79, 敲“回车”键

应用坐标信息框，输入Rectangle对角的相对位置

dX:0.0,dY:-2.198, dZ:-0.79, 敲“回车”键

设置名称

1．在“Properties”窗口，选择“Attribute”选项卡 2. 在“Name”项输入：S1 3．点击“OK”按钮

调整视图(to fit the view)

1. 选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views 建立端口2：

1．选择主菜单下拉选项：Draw > Rectangle

2．应用坐标信息框，输入Rectangle的位置坐标

X:37,Y:42.4871, Z:0.79, 敲“回车”键

应用坐标信息框，输入Rectangle对角的相对位置

dX:0.0, dY:2.06, dZ:-0.79, 敲“回车”键 设置名称

1．在“Properties”窗口，选择“Attribute”选项卡 2. 在“Name”项输入：S2 3．点击“OK”按钮 调整视图(to fit the view)

1. 选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views 建立端口3： 镜像复制S2

1) 选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name）

a．选择对象名称：S2 b．点击OK按钮

2) 选择项目菜单 Edit > Duplicate > Mirror

在坐标输入区输入矩形位置

X: 37, Y: 28.3871, Z: 0.0, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX:0.0, dY:-1, dZ: 0.0, 按Enter键 击确定键

a. 选择树状图中复制后的端口S2_1

b. 在“Properties”窗口，选择“Attribute”选项卡 c. 在“Name”项输入：S3 d. 点击确定键 建立端口4： 镜像复制S3

1) 选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name）

a．选择对象名称：S3 b．点击OK按钮

2) 选择项目菜单 Edit > Duplicate > Mirror

在坐标输入区输入矩形位置

X: 37, Y: 0.0, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角： dX:0.0, dY:-1, dZ: 0.0, 按Enter键 击确定键

a. 选择树状图复制后的端口S3_1

b. 在“Properties”窗口，选择“Attribute”选项卡 c. 在“Name”项输入：S4 d. 点击确定键 建立端口5： 镜像复制S2

1) 选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name）

a．选择对象名称：S2 b．点击OK按钮

2) 选择项目菜单 Edit > Duplicate > Mirror

在坐标输入区输入矩形位置

X: 37, Y: 0.0, Z: 0.79, 按Enter键 在坐标输入区属土矩形的对角：

dX:0.0, dY:-1, dZ: 0.0, 按Enter键 击确定键

a. 选择树状图中复制后的端口S2_1

b. 在“Properties”窗口，选择“Attribute”选项卡 c. 在“Name”项输入：S5 d. 点击确定键

图15

七、设置激励

1）选择对象S1：

a．选择菜单中的编辑（Edit）>选择（Select）>通过名称（By Name） b．选择对象对话框

a）选择对象名称：S1 b）点击OK按钮

2）选择菜单中的HFSS>激励（Excitations）>指定（Assign）>波端口（Lumped Port） 3）波端口：常规（General）

a．名称：S1

b．点击下一步（Next）按钮

4）波端口：终端（Terminals）

a．终端（Terminals）数目：1

b．对于T1，点击未定义（Undefined）栏并选择新建线（New Line） c．利用坐标输入栏，输入向量的位置

X：0.0，Y：0.0，Z：0.79，按回车键 d．利用坐标输入栏，输入向量顶点

dX：0.0，dY：0.0，dZ：-0.79，按回车键

或者直接从要设置激励的端口中间从上往下画如图17所示 e．点击下一步（Next）按钮

5）波端口：差分对

点击下一步（Next）按钮

6）波端口：后加工

参考阻抗：50

7）点击完成（Finish）按钮

图16

以同样的方法设置其它的端口激励S2、S3、S4、S5

图17

八、创建空气

1. 创建空气

1) 选择菜单 Draw〉Box

2) 在坐标输入区，输入长方体位置 X: -30, Y: -72, Z: 0.0, 点击 Enter 键

3) 在坐标输入区域，输入长方体的对角位置 dX: 92.5, dY: 140, dZ:24, 点击 Enter 键 2. 设置名称

1) 在属性（Properties ）窗口选择特性（Attribute）键 2) 在名称处输入：Air

3） 在透明度（Transparent）选择0.8 4) 点击确定按钮 3. 优化视角

选择菜单：View 〉 Fit All 〉All Views

图18

九、创建辐射边界

1. 选择面

1) 选择菜单：Edit 〉 Select 〉 Faces

2) 选择除了在 0.0mm 处（face at Z=0.0mm ）的面之外的所有空气的面 2. 创建辐射边界

1) 选择菜单 HFSS 〉 Boundaties 〉 Assign 〉 Radiation 2) 辐射边界窗口 名称：Rad1 点击确定按钮

图19

十、分析设置

一 ) 创建分析设置

1) 选择菜单：HFSS 〉 Analysis Setup 〉 Add Solution Setup 2) 求解设置窗口

a、点击 通用（General ）键 求解频率（Solution Frequency）：1.268GHz 最大通过数目：20

通过的最大 Delta S：0.02 b、点击 确定按钮

图20

二 ) 增加扫频 1. 增加扫频

1) 选择菜单 HFSS 〉 Analysis Setup 〉 Add Frequency Sweep a、 选择求解设置：Setup1 b、 点击OK按钮 2) 编辑扫频窗口

a、 扫描类型： 快速（Fast ）

b、 频率设置类型： 线形计数（Linear Step ） 开始(Start)：0.8GHz 结束（Stop）：1.8GHz 步长（Line Step t）：0.1 保存场：选勾 c、 点击OK按钮

图21

十一、 保存工程

1. 在 Ansoft HFSS 的窗口，选择菜单：File 〉 Save As 2. 在 Save As 窗口，输入文件名称：hfss_probepatch 3. 点击 保存按钮

十二、 分析

一) 模型检查 1、 模型检查

A、 选择菜单：HFSS 〉 Validation Check B、 点击 关闭（Close ）按钮

图22

注意：使用信息管理器可以看到任何错误或警告信息。 二) 分析

1、 开始求解过程

A、 选择菜单：HFSS 〉 Analyze All

图23

三）计算结果数据

1．选择菜单中的HFSS>结果（Results）>计算结果数据（Solution Data） 1）查看概况（Profile）：点击概况（Profile）标签 2）查看收敛情况（Convergence）：点击收敛情况（Convergence）标签

注意：收敛情况的缺省方式为表格，选择画图（Plot）单选按钮来查看收敛数据的绘图表示。

3）查看矩阵数据（Matrix Data）：点击矩阵数据标签（Matrix Data）

注意：查看矩阵数据的实时更新，要建立最近合适（Last Adaptive）的Setup1的仿真

2．点击关闭（Close）按钮

图24

十三、创建报告

一）建立终端S参数（Terminal S Parameters）绘图—幅值

创建报告：

1．选择菜单中的HFSS>结果（Results）>创建报告（Create Terminal Solution

Report）>直角坐标图（Rectangular plot）

2．建立报告窗口：

图25

1）解决方案：Setup1：Sweep1 2）范围：Sweep 3）点击Y标签

a．种类（Category）：终端S参数（Terminal S Parameters） b．数量（Quantity）：S（S1,S1）,S（S1,S2）,S（S1,S3）,S（S1,S4）,S（S1,S5） c．函数（Function）：dB d．点击（New Report）按钮 4）点击完成（Close）按钮

NameXY-5.001.3000-21.7200m1XY Plot 1HFSSDesign1ANSOFT-7.50-10.00-12.50Y1Curve InfodB(S(S1,S1))Setup1 : SweepdB(S(S1,S2))Setup1 : SweepdB(S(S1,S3))Setup1 : SweepdB(S(S1,S4))Setup1 : Sweep-15.00-17.50dB(S(S1,S5))Setup1 : Sweep-20.00m1-22.500.801.001.20Freq [GHz]1.401.601.80 图26

二）查看驻波比VSWR

1. 选择菜单中的HFSS>结果（Results）>创建报告（Create Terminal Solution Report）>直角坐标图（Rectangular plot）

2. 建立报告窗口：

图27

1）解决方案：Setup1：Sweep1 2）范围：Sweep 3）点击Y标签

a．种类（Category）：终端S参数（Terminal S Parameters） b．数量（Quantity）：VSWR（S1）,VSWR（S2）,VSWR（S3）,VSWR（S4）,VSWR（S5） c．函数（Function）：dB d．点击（New Report）按钮 4）点击完成（Close）按钮

2.75XY Plot 2HFSSDesign1Curve InfoANSOFTVSWR(S1)Setup1 : Sweep2.50VSWR(S2)Setup1 : SweepVSWR(S3)Setup1 : SweepVSWR(S4)Setup1 : Sweep2.25VSWR(S5)Setup1 : Sweep2.00Y11.751.501.251.000.801.001.20Freq [GHz]1.401.601.80 图28