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1、- 魔 T 的设计 一、设计目的 由于关于微波的一些理论、概念都比拟抽象，理解不深刻。为了把一些理论用形象的方法表现出来，出现了许多关于微波的仿真软件。本次设计就是在这些软件的根底上进展的。其目的就是通过学习基于有限元的微波 EDA 仿真软件 HFSS 软件，加强对相关知识的理解和掌握，提高在射频领域的应用能力。本设计基于微波元器件的理论级熟练掌握 HFSS 仿真软件根底上，设计一个魔 T，查看魔 T 的 S 参数并分析场分布图。 二、设计方案 从设计目的出发，本文主要是研究魔 T 的 S 参数并分析场分布图。因此对于这个课设，可以在一个魔 T 设定多个端口，以确定魔 T 的内部的分布特性。
2、三、设计原理 魔 T 是波导分支器的一种，是一种功率分配器元件。E 面 T 分支、H-T 分支也是波导分支器。 E 面 T 分支是在主波导宽面上的分支，其轴线平行于主波导的 TE10模的电场方向。 H-T 分支是在主波导窄边面上的分支，其轴线平行于主波导的 TE10模的磁场方向。 将 E-T 分支和 H-T 分支合并,并在接头内加匹配以消除各路的反射,则构成匹配双 T,如右图所示,它有以下特征: 1.四个端口完全匹配. 2.端口、对称，即有 3.当端口输入，端口、有等辐同相波输出，端口隔离。 4.当端口输入，端口、有等辐反相波输出。端口隔离。 5.当端口或输入时，端口、等分输出而对应端口或隔离
3、。 6.当端口、同时参加信号时，端口输出两信号相量和的 1/倍，端口输出两信号差的 1/倍。端口称为魔 T 的 H 臂或和臂，端口称为魔 T 的 E臂或差臂。 由个散射参数可得魔 T 的S矩阵为 总之：魔 T 具有对口隔离，邻口 3DB 摔减及完全匹配的关系。 - 四、设计步骤及内容 1、翻开 HFSS 软件，建立新的工程。并设置模型单位为 mm 和模型的默认材料为真空。 2、创立魔 T： 画出长方体，是其长边沿 Z 轴，并设其上外表为 P1，在此面上设鼓励。 根据画出的长方体分别旋转到三个 90 度、180 度、270 度处。依次为 p2、p3、p4 口。然后进展组合，形成魔 T。如图： 3
4、、为该问题设置求解频率计扫描*围，设置完成后，保存工程。 4、求解该工程，然后进展操作处理，仿真后查看魔 T 的 S 参数和场分布动态图。 5、分别以其他三个端口为鼓励设鼓励的端口命名为 p1,随后画出的端口依次为 P2、P3、P4 口 ，仿真，查看 S 参数和场分布动态图。 五、设计仿真结果及分析 以端口 4 沿Z 轴正方向的端口为 P1 口设鼓励 其 S 参数显示如图： 分析：s(p1,p1)在10DB 以下，因为这是端口 P1 的自反射，因为端口匹配，所以自反射系数应该很小，但并不是完全没有反射。 s(p1,p2)，s(p1,p4)两线重合，这是因为在差支路进入时，p2、p4 口输出等幅
5、反向波，又因为存在 3DB 衰减，所以会出现在如图中的位置。 s(p1,p3)口， 魔 T 存在对口隔离的特性， 但是和差两路的信号很难消到零， 只能在-45 到-60之间。其隔离度还随着频率的变化出现相应的变化。 其场分布图 分析：这个图比拟理想，在 p3 口处已经看不到有波输出，实现了对口隔离，而在 P2、P4口有同样的输出，与理论一致。 以端口 1沿 Y 轴负方向的端口为 P1 口设鼓励 其 S 参数显示如图： 分析：蓝色的线表示 s(p1,p1)自反射，随着频率的增大衰减几乎成为等斜率的直线，说明此端口匹配在这一频段随频率的增大而越来越好。 s(p1,p2)、 s(p1,p4)分别表示
6、在和支路和差支路的输出情况， 随频率的增高两者互相靠近 但都有 3-5DB 的衰减 。接近理论所述:等幅输出。 - s(p1,p3)作为对口本来是隔离，但是隔离度并没有则大，在这一频段内最多-10DB，其隔离情况远差于和差两端口的隔离。 其场分布图 动态场分布图： 分析：从图中可以清楚的看出，尽管对口存在隔离，但并不是完全隔离，并不是理想的零输出。隔离程度不是很大，不如和差器的对口隔离好。 以端口 2 沿*轴正方向的端口为 P1 口设鼓励 其 S 参数显示如图： 分析：比拟此图与第一次的鼓励所处的图，可以发现自发射系数的衰减减小，对口隔离的一端衰减一直在-55 到-60DB，几乎没有波在隔离端
7、口输出。而在其他两端仍然是等幅度输出，并有一定的衰减。 其场分布图 动态场分布图： 分析：可以看出在沿 z 轴的端口即对口处几乎无波输出，也就实现了对口隔离。 4以端口 3 沿*轴正方向的端口为 P1 口设鼓励 其 S 参数显示如图： 分析：比拟上图与端口一为鼓励时的图，发现两图几乎一样，说明端口 1,3 有一样的特性。在此不再重述。 其场分布图 动态场分布图： 分析：场分布与端口 1 一样。 观察四个端口的鼓励，经过比照，总结如下： 1、魔 T 实现对口隔离，但是和差支路的隔离明显比另外两个对口的隔离要好。前者在设定频段为-50 到-60DB，而后者只在 10db 左右。 2、魔 T 的端口
8、 1、3 特性非常相似，S 参数图和场分布图很接近。 3、差支路的匹配比和支路好，前者自反射系数在-10DB，而后者在 5DB 左右。 4、几个端口都能实现邻口 3DB 的耦合。只是由于其他原因衰减会大于 3db。 六、实验感想 通过这次实验，学会了使用 HFSS 设计魔 T。设计过程中，出现了很多问题比方说魔 T的组合，由于有些块未被选中，结果不能显示相互之间的反射系数；对于换端口设鼓励时，要先画出鼓励端口，也是尝试很屡次才知道的。对于这样一个简单的设计，却花费了我两天的时间，分析探索真的很不容易。不过很欣慰的是，我从自己的设计中的得出我以前不知道- 的结论，还有也自己验证了以前学过的理论。课设完成后经过自己的归纳总结，发现自己去设计，然后发现问题，思考问题，得出结论的过程虽然有些结论自己不知如何解释也是很有意思的。 七、参考资料 1、微波技术与天线*学观、郭辉萍*电子科技大学； 2、微波技术与天线课程设计指导书
