魔T—HFSS仿真，结果真实.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.26M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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一：相关指标要求设计一个魔 T 主要从以下方面来考虑： 1.功率幅度的平衡度：|S31-S41|<0.5dB；|S32-S42|<0.5dB 2.插入损耗：S11 和 S22<-10dB 3.输出端口之间的隔离度：S12,S21,S34,S43<-20dB。 4.相位的一致性：|ang(S31)- ang(S41)|<1°；|ang(S32)- ang(S42)|-180°<1° 二：按照书本的设计过程 1.直接按照书本知识建立一个魔 T，设定它的中心工作频率为 30GHz（魔 T 是宽带功分元器件，所以先不考虑带宽的问题，主要就上面四个方面进行考虑，使其在中心频率处尽量满足理想的散射矩阵），各个激励端口如下图所示 BJ320 标准矩形波导的主模频率在 26.4GHz 到 40GHz.所以这里采用 BJ320 作为魔 T 的接口。所以图中 4 个矩形的长宽高分别设置为 10mm, 7.2mm,3.6mm。 2.理想状态下，魔 T 的散射矩阵应该如下式：即：一端口输入无反射，二端口没有输出，三四端口平分一端口的能量。（S11=S21=- ∞，S31=S41=-3dB）

3.对上述的魔 T 进行 HFSS 仿真，关于一端口输入所得到的结果。一端口输入，各个端口之间的能量由图和数据可以得知： ①二端口和一端口的隔离度较好，满足要求。 ②三端口和四端口能够平分功率。 ③一端口的反射较大。 ④三端口和四端口不是平分全部的输入能量。二端口输入，三四端口之间的相位差从图中可以看到在较大的带宽内它的，相位差保持在 0°左右，满足要求。

4. 对上述的魔 T 进行 HFSS 仿真，关于一端口输入所得到的结果。二端口输入，各个端口之间的能量有图和数据可得，二端口输入和一端口输入能量的差别不大，知识二端口的匹配较一端口相对好一些。二端口输入，三四端口之间的相位差从图中可以看到在较大的带宽内它的，相位差保持在 180°左右，满足要求。 5.结论：必须加载匹配元件来减少 1 端口的反射以及二端口的反射，这个过程中要保证添加的匹配元件要相对于 xoz 平面对称，使得其相位差以及功率平分的特性保持不变。

三、改进的设计思路。 1、H 面 T 形接头。由于 S21 和 S12 的隔离度较大，我们可以先保证 1 端口的反射系数尽可能小的前提下，来减小 2 端口的反射系数。所以，我们可以先设计有较好性质的 H 面 T 形接头，然后在此基础上微调结构来设计魔 T。 H 面 T 形接头结构示意图其中矩阵波导截面的宽为 7.2mm，高为 3.6mm。测得 S11 的结果如下上图数据可以得知，在 25GHz 到 35GHz，反射系数较大，S11 在-5dB 左右,不满足要求。

2.增加匹配结构，降低 S11，结构示意图如下此改进结构，相对于为改进的结构，只是在 T 形接头最后的中间切去一个矩形块。切去矩形块的长宽高分别为：2.5mm,1mm,3.6mm。改进结构的 S11 如下所示由 S11 的结果可以得知，在 30GHz 到 35GHz 处，反射都较小，S11 在-15Db，满足设计要求。当然调节减去矩形块的宽度以及长度，肯定可以得到更好的结果，这里就不进行调节了。查看 S21 和 S31 的结果如下可以看出 S21 和 S31 两个都是非常接近的，大约在-3.2dB,与理想状态-3dB 差别不大。综上，已经设计好具有良好特性的 H 面 T 形接头。

3.魔 T 的设计。在上述较好的 H 面 T 形接头直接加上一个 E 臂。结构示意图如下所得到的 S11 和 S22 如下所示（1 2 3 4 端口和文章刚开始的标注一样）由图中可知，在 28GHz 以上，S11 满足要求，但是 S22 不满足要求。为了降低 S22 的值，我们可以看出如果二端口输入，切去的矩形块是一个很大的不连续部分，会引起较强的反射，那么我们可以对 E 面接口进行小的改动，使得矩形小切块对 E 面接口的影响减小。

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