9.9 HFSS定向耦合器仿真設(shè)計(jì)分析結(jié)果討論

    細(xì)心的讀者對(duì)比式（9-8-1）給出的仿真計(jì)算得出的 S 矩陣結(jié)果和式（9-1-1）給出的理論分析的S 矩陣結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)仿真計(jì)算結(jié)果和理論分析結(jié)果有著很大差異。那么，是什么原因?qū)е逻@樣的差異呢？

    我們知道，在前面的設(shè)計(jì)中，每個(gè)端口傳輸線的長(zhǎng)度取的是1/4 個(gè)導(dǎo)波波長(zhǎng)。這1/4 個(gè) 導(dǎo)波波長(zhǎng)的傳輸線會(huì)在每個(gè)端口引入90°的相位差，從而導(dǎo)致了S 參數(shù)矩陣仿真計(jì)算結(jié)果和 理論分析結(jié)果的差異。

    9.9.1 重新仿真驗(yàn)證S 矩陣結(jié)果

   為了驗(yàn)證我們的分析結(jié)論，把每個(gè)端口傳輸線長(zhǎng)度設(shè)置為0.5mm（遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)49.13mm），然后重新運(yùn)行仿真計(jì)算。

    把每個(gè)端口傳輸線長(zhǎng)度設(shè)置為0.5mm，只需要把變量 length 的初始值由原來(lái)的24.5mm 改為12.72mm 即可。從主菜單欄選擇【HFSS】→【Design Properties】，打開設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框，把變量 length 對(duì)應(yīng)的Value 值由 24.5 修改為 12.72，如圖9.30 所示，然后單擊按鈕退出對(duì)話框。

圖 9.30 “設(shè)計(jì)屬性”對(duì)話框

     單擊工具欄的按鈕；重新運(yùn)行仿真計(jì)算。

     說(shuō)明: 因?yàn)榇颂幹恍枰�查�?GHz 工作頻點(diǎn)上的 S 參數(shù)矩陣，不需要查看耦合器掃頻特性，所以為了節(jié)約仿真計(jì)算時(shí)間，可以取消前面的掃頻設(shè)置后再運(yùn)行仿真。在工程樹中，展開 Analysis 下的 Setup1 節(jié)點(diǎn)，選中 Sweep1，單擊右鍵，從彈出菜單中選擇【Disable Sweep】命令，即可取消掃頻設(shè)置。

    仿真計(jì)算完成后，執(zhí)行和前面 9.8.2 節(jié)相同的操作，查看端口傳輸線長(zhǎng)度為 0.5mm 時(shí)的 S 參數(shù)矩陣計(jì)算結(jié)果，如圖 9.31 所示。

圖 9.31 S 矩陣結(jié)果顯示窗口 

    此時(shí)：


    這里，式（9-9-1）的仿真計(jì)算結(jié)果和式（9-1-1）的理論分析結(jié)果就一致了。

    9.9.2 使用端口平移功能驗(yàn)證S 矩陣結(jié)果

    在驗(yàn)證此處的討論結(jié)果時(shí)，除了使用上述改變端口傳輸線長(zhǎng)度然后重新仿真計(jì)算這種方法外，還有另外一種更加簡(jiǎn)便的方法，就是通過(guò)波端口的端口平移（Deemed）功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用端口平移（Deemed）功能無(wú)須重新計(jì)算，可以大大節(jié)省驗(yàn)證時(shí)間。

    我們最初設(shè)計(jì)的環(huán)形耦合器，其端口傳輸線長(zhǎng)度為 1/4 個(gè)導(dǎo)波波長(zhǎng)（即 12.28mm），為了消除傳輸線引入的相差對(duì)S 矩陣的影響，可以使用端口平移功能，把每個(gè)端口向內(nèi)側(cè)平移12.28mm。

    從主菜單欄選擇【HFSS】→【Design Properties】，打開設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框，把變量 length 對(duì)應(yīng)的 Value 值改為最初的 24.5mm。 雙擊工程樹 Boundaries 節(jié)點(diǎn)下的端口激勵(lì) P1，打開圖 9.32 所示的 Wave Port 對(duì)話框，選擇對(duì)話框的Post Processing 選項(xiàng)卡，勾選Deemed 復(fù)選框，并在 Distance 項(xiàng)的文本框內(nèi)輸入12.28mm；然后單擊按鈕，完成端口平移設(shè)置，退出對(duì)話框。

圖 9.32 在 Wave Port 對(duì)話框中進(jìn)行端口平移設(shè)置

    使用相同的操作，分別設(shè)置端口P2、P3 和 P4 向內(nèi)側(cè)平移12.28mm。此時(shí)，再使用和前面 9.8.2 節(jié)相同的操作顯示S 矩陣，如圖 9.33 所示。

圖 9.33 端口平移后的S 矩陣

此處顯示的S矩陣

和式（9-1-1）的理論分析也是一致的。

    9.10 保存并退出HFSS

    至此，我們完成了環(huán)形定向耦合器的設(shè)計(jì)分析。單擊工具欄的按鈕，保存設(shè)計(jì)；然后，從主菜單欄選擇【File】→【Exit】，退出HFSS。