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HFSS实例探究 | 场路协同中的阻抗匹配

12天前浏览761
     

设计电路或天线系统时,往往需要进行阻抗匹配的工作。阻抗匹配可以实现传输功率最大化,提高能量转换性能,又可以减少信号在电路中的反射,提高信号质量和传输效率,还可以确保信号在系统中的稳定传输,避免信号失真和性能下降,因此阻抗匹配显得尤为重要。

在射频仿真中,一般我们会使用外部小工具Smith Tool来设计匹配电路,在HFSS中也有相关的阻抗匹配功能,特别是在场路协同仿真过程中,阻抗匹配的功能能给我们设计系统提供有效的指导,本文将以一个天线案例展示HFSS中如何进行阻抗匹配的设计与仿真。

     

场路协同中的阻抗匹配

天线模型三维设计与场仿真

     
设计的天线原型为一个对数周期齿型天线,端口激励为1V,0°phase,工作频带为8~11GHz,关注的谐振频点为10GHz,天线结构图如下所示:
 
 
完成仿真后得到天线的S参数、端口阻抗以及rE等结果,如下所示。由结果可知,在10GHz频点处,回损较大且辐射性能不够理想,结合端口阻抗的仿真结果(148+97.6j),可推测导致该天线性能不够理想的原因是端口阻抗的不匹配,接下来可考虑在端口处进行阻抗匹配的优化设计。    

       

场路协同中的阻抗匹配

电路仿真

         
在当前工程下插入电路设计Circuit Design,“Copy”天线HFSS设计,并”Paste“到电路设计中完成场路协同的动态链接。
       
       
添加端口,搭建好电路模型。        
       
在Port上定义激励,设置幅值为1V,频率为10GHz,如下所示:        
       
右键点击 Analysis ->Add Nexxim Solution Setup > Linear Network Analysis添加LNA仿真,定义仿真频段8~11GHz。        
       
完成电路仿真,得到天线电路的频域仿真结果,如下所示,与三维场仿真结果一致。        

             

场路协同中的阻抗匹配

匹配电路搭建与仿真

             
点击菜单栏下的Circuit,选择Smith Tool…将进入电路匹配设计界面。          
         
在匹配设计工具界面中,将匹配频点设置在10GHz,添加相应的匹配元器件,得到理想的匹配后“Export”出匹配电路。          
         
导出的匹配电路将在当前电路设计导航树下显示一个节点,双击该节点将可进入匹配电路界面。将匹配电路block与原天线电路进行链接,搭建天线匹配电路。          
         
点击“Analyze完成天线匹配电路的仿真,由仿真结果可知,在谐振频点10GHz处的回损很小,且端口阻抗接近50Ω,说明阻抗匹配成功,达到了效果。          

             

场路协同中的阻抗匹配

激励回推

               
在电路中选中天线Block,右键选择“Push Excitations…”,将匹配好的激励回推至原天线设计中,完成电路到三维场的数据更新。            
           
原天线HFSS设计中,在“Edit Sources…”中可知已更新了新激励,Dataset中可查看激励参数曲线。            
           
           
对比匹配前后的rE可知,匹配后的rE有所增加,说明在天线端口处添加匹配电路有了效果。            

对于天线或电路设计人员来说,在HFSS中无需借助外部的工具就能完成匹配电路的设计,方便且快捷,特别是在场路协同分析中,有很大的用途。    

来源:艾羽科技
HFSS电路通用汽车新能源ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-04-21
最近编辑:12天前
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