利用HFSS计算微带线的特性阻抗

学生实验报告

系别 班级 姓名 学号 电子工程系 课程名称 《微波技术与天线》实验 实验名称 实验时间 指导教师 报 告 内 容 利用HFSS计算微带线的特性阻抗 一、实验目的和任务 1、了解微带线的特性阻抗计算公式； 2、通过计算微带线的特性阻抗，熟悉HFSS仿真设计。 二、实验原理介绍 （1）微带线的特性阻抗公式：Z0a.导带厚度为零时 8hw59.952ln(),w/h1w4h 119.904,w/h16w/h2.420.44h/w(1h/w)Z0ae； Z0a1r1r112h2w2)0.041(1),w/h1(122wh e 1r1r112h2(1),w/h122w其中w是微带的导带宽度，h是介质基片的厚度。 b.导带厚度不为零时 2hw1wt(1ln),weth2 hh 4ww1hwt1ln,th2hh以we/h代替w/h代入前述零厚度特性阻抗计算公式，即可得非零厚度特性阻抗。 （2） HFSS 软件是一个基于有限元法计算电磁结构的交互软件包。它将几何结构自动剖分成大量的四面体，计算模拟器包括在分析电磁结构细节问题时的后续处理命令。使用Ansoft HFSS，你可以计算： ◆基本电磁场量和开边界问题的辐射近远场 ◆端口特性阻抗和传输常数 ◆S参数和相应端口阻抗的归一化S参数

◆一种结构的本征模或谐振解 经过二十多年的发展，HFSS以其无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格部分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。 三、实验内容和数据记录 1、令w1mm,h0.6mm,r4.4或r2.2，其中t0或t0.05mm代入上面公式分别求出特性阻抗。 2、利用HFSS 求微带线的特性阻抗 （1）进入执行命令窗口，选择单位mm （2）画介质基片：点击solidsbox选择x0,y0,z0Enterz在Enter box size命令下x10,y20,z0.6，在Name命令下写box1Enter； 点击图标Selbox1okArrange/Move在Enter vector命令下x5,y0,z0Enter （3）画微带线：点击solidsbox选择x0,y0,z0Enterz在Enter box size命令下x1,y20,z0.05，在Name命令下写box2Enter； 点击图标Selbox2okArrange/Move在Enter vector命令下x0.5,y0,z0.6Enter （4）画仿真区域：点击solidsbox选择x0,y0,z0Enterz在Enter box size命令下x10,y20,z10，在Name命令下写box3Enter； 点击图标Selbox3okArrange/Move在Enter vector命令下x5,y0,z0Enter （5）点击File/SaveExit，又回到命令窗口，在Draw后打勾，表示完成Draw （6）Setup Materials:点击Setup Materials，选择box1，D在materials中选择FR4_epoxyAssign;选择box2，在Materials中选择PerconductorAssign;选择box3,在 Material中选择vacummAssign;

Exit在Save changes before closing?命令下ok （7）Setup Boundaries/Sources: 点击Setup Boundaries/Sources选择sourceport1点击红色网格的面Assign 单击右键Rotate旋转物体选择sourceport2选择与port1相对应的面为红色网格Assign，点击File/SaveExit，又回到命令窗口 （8）Setup solution:按如下设置，然后点击ok （9）solve:即PC机进入计算 （10）Post Process:post processMatrix DataS Matrix和Port ZO post process MatrixplotNew plotData Type（S matrix）,Quantity（Port:m1,port:m1）,component(Magnitude) VSWRPlot (11)在Setup Materials在将box1选择为Teflon,其它不变再进行计算 解答过程： 1、a.导带厚度为零时 w/h1.671 所以：Z0a119.904119.90498.35 66w/h2.420.44h/w(1h/w)1.672.420.440.6(10.6)当r4.4时， e所以：Z0r1r12212h24.414.41120.62(1)(1)3.29 w22111Z0ae98.353.29.22 当r2.2时， e所以：Z0r1r12212h22.212.21120.62(1)(1)1.8095 w22111Z0ae98.351.809573.11 b.导带厚度不为零时（即导带厚度为0.05） w/h1.671/20.16 所以：wewt2h10.0520.61ln1ln1.7808 hhht0.60.60.05

we/h1.78081 以we/h代替w/h代入前述零厚度特性阻抗计算公式，得： Z0a119.904119.90495.051 we/h2.420.44h/we(1h/we)61.78082.420.440.5615(10.5615)6当r4.4时， e所以：Z0Z0ar1r12212h24.414.41120.56152(1)(1)3.311 w22111e95.0513.31152.234 当r2.2时，eZ0ar1r12212h22.212.21120.56152(1)(1)1.348 we22111所以：Z0e95.0511.34870.539 2、利用HFSS 求微带线的特性阻抗 当r4.4时：

由以上两图可以读出微带线的特性阻抗： 特性阻抗为：Z055.44 四、实验结论与心得 通过本次试验，我对HFSS计算微带线的特性阻抗的过程有了一定的了解。感觉在电脑上用程序来计算还是有待提高，相信在进一步的练习中，会加大练习力度，尽快对HFSS程序熟悉。

五、实验评价(教师) １. 实验步骤正确，完成了本实验的全部内容。 很好（ ）较好（ ）一般（ ） 否（ ） ２. 实验数据全面，调试步骤准确，结果正确。 ３. 实验报告格式规范，图表清晰。 很好（ ）较好（ ）一般（ ） 否（ ） 很好（ ）较好（ ）一般（ ） 否（ ） 成绩

教师签名 批改时间 年 月 日

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