9.9 HFSS定向耦合器仿真設計分析結果討論

    細心的讀者對比式（9-8-1）給出的仿真計算得出的 S 矩陣結果和式（9-1-1）給出的理論分析的S 矩陣結果，可以發現仿真計算結果和理論分析結果有著很大差異。那么，是什么原因導致這樣的差異呢？

    我們知道，在前面的設計中，每個端口傳輸線的長度取的是1/4 個導波波長。這1/4 個 導波波長的傳輸線會在每個端口引入90°的相位差，從而導致了S 參數矩陣仿真計算結果和 理論分析結果的差異。

    9.9.1 重新仿真驗證S 矩陣結果

   為了驗證我們的分析結論，把每個端口傳輸線長度設置為0.5mm（遠小于工作波長49.13mm），然后重新運行仿真計算。

    把每個端口傳輸線長度設置為0.5mm，只需要把變量 length 的初始值由原來的24.5mm 改為12.72mm 即可。從主菜單欄選擇【HFSS】→【Design Properties】，打開設計屬性對話框，把變量 length 對應的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話框。

圖 9.30 “設計屬性”對話框

     單擊工具欄的按鈕；重新運行仿真計算。

     說明: 因為此處只需要查看4GHz 工作頻點上的 S 參數矩陣，不需要查看耦合器掃頻特性，所以為了節約仿真計算時間，可以取消前面的掃頻設置后再運行仿真。在工程樹中，展開 Analysis 下的 Setup1 節點，選中 Sweep1，單擊右鍵，從彈出菜單中選擇【Disable Sweep】命令，即可取消掃頻設置。

    仿真計算完成后，執行和前面 9.8.2 節相同的操作，查看端口傳輸線長度為 0.5mm 時的 S 參數矩陣計算結果，如圖 9.31 所示。

圖 9.31 S 矩陣結果顯示窗口 

    此時：


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

    9.9.2 使用端口平移功能驗證S 矩陣結果

    在驗證此處的討論結果時，除了使用上述改變端口傳輸線長度然后重新仿真計算這種方法外，還有另外一種更加簡便的方法，就是通過波端口的端口平移（Deemed）功能來實現。使用端口平移（Deemed）功能無須重新計算，可以大大節省驗證時間。

    我們最初設計的環形耦合器，其端口傳輸線長度為 1/4 個導波波長（即 12.28mm），為了消除傳輸線引入的相差對S 矩陣的影響，可以使用端口平移功能，把每個端口向內側平移12.28mm。

    從主菜單欄選擇【HFSS】→【Design Properties】，打開設計屬性對話框，把變量 length 對應的 Value 值改為最初的 24.5mm。 雙擊工程樹 Boundaries 節點下的端口激勵 P1，打開圖 9.32 所示的 Wave Port 對話框，選擇對話框的Post Processing 選項卡，勾選Deemed 復選框，并在 Distance 項的文本框內輸入12.28mm；然后單擊按鈕，完成端口平移設置，退出對話框。

圖 9.32 在 Wave Port 對話框中進行端口平移設置

    使用相同的操作，分別設置端口P2、P3 和 P4 向內側平移12.28mm。此時，再使用和前面 9.8.2 節相同的操作顯示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，我們完成了環形定向耦合器的設計分析。單擊工具欄的按鈕，保存設計；然后，從主菜單欄選擇【File】→【Exit】，退出HFSS。