上节学个Annna:HFSS脚本建模入门一文中,对HFSS的脚本录制和利用-hfssa建模进行了入门介绍,今天我们就利用HFSS-API来设计指数渐变传输线,实现宽带高性能的阻抗匹配。
本文使用的电磁仿真软件为ANSYS Electronics Desktop Version 2017.2.0
0 1微带线尺寸计算
已知基板的厚度,介电常数和微带线的线宽可以利用微波网的微带线特征器进行特性阻抗的快速计算。那么已知基板的厚度,介电常数和微带线的特性阻抗,如何计算其对应的线宽呢?
相应的理论公式已在上面的微波工程一书中详细阐述,现摘取部分关键内容如下:
先计算等效介电常数:对于给定的特性阻抗和介电常数,比值可求得:(公式左右滑动可看全部):
已知基板介电常数、厚度,以及需要得到的微带线阻抗值可以根据上述理论公式进行Matlab代码编写:
function W=microstrip_Zcal(Er,H,Z0)
%Unit:mm,GHz,ohm
%计算中间变量
A=Z0/60*sqrt((Er+1)/2)+(Er-1)/(Er+1)*(0.23+0.11/Er);
B=377*pi/(2*Z0*sqrt(Er)); W_d_A=8*exp(A)/(exp(2*A)-2); W_d_B=2/pi*(B-1-log(2*B-1)+(Er-1)/(2*Er)*(log(B-1)+0.39-0.61/Er));
(W_d_A《2)
W_d=W_d_A; else W_d=W_d_B; end %计算微带线宽度 W=W_d*H;end
对于介电常数3.66、厚度1mm的基板,100欧姆微带线理论计算的线宽为0.5467mm
对于介电常数2.2、厚度0.508mm的基板,50欧姆微带线理论计算的线宽为1.5652mm
0 2指数渐变传输线理论
多节匹配变换器的理论这里不做过多阐述。如下图所示,若传输线各位置的特性阻抗按一定规律进行渐变,则可以通过改变渐变的类型得到不同的通带特性。本节对指数渐变传输线进行分析和建模。
对应上述图示,指数渐变传输线满足:
因为,因此有。
结合小反射理论推导出输入端的反射系数:(公式左右滑动可看全部):
为了降低低频率处的失配,渐变传