基于HFSS的电磁场仿真实验课堂设计

杨慧春， 高晶敏， 魏 英， 王丽霞， 付晓辉

(北京信息科技大学 自动化学院， 北京 100101)

0 引言

“微波技术基础”是通信、电子类专业的核心课程之一，该门课程是看不见摸不着的“场”的后续应用，具有抽象不直观、实践性强等特点。鉴于此，在讲述“微波技术基础”理论时，增加工程实例，进行基于项目的实践性教学环节设计，利用ANSOFT HFSS仿真设计三端口的功分器和四端口的定向耦合器，验证S参数及场分布，加深对抽象场的认识，提升学生的学习积极性[1～3]。

ANSOFT HFSS是一款三维电磁仿真软件，可以用来计算天线、微波元器件的辐射特性、S参数等，“微波技术基础”课程引入该软件可以仿真三维场的分布和散射参数，结合先修电路课程，加深学生对“场”与“路”两种分析问题方法的理解。

1 电磁场实验教学的仿真设计

1.1 正交混合电桥

正交混合电桥是应用广泛的一种定向耦合器，具有体积轻巧容易加工的优点。结构见下图1，它具有一个输入口、两个输出口和一个隔离口。

若输入口①输入信号时，经过直通臂由输出口②的输出信号与经过耦合臂由输出口③的输出信号有90°相位差故正交；隔离口④隔离。

图1 正交混合电桥结构

正交混合电桥具有结构对称性，由输入口①输入的功率分配如下：输入口①匹配无反射；直通臂输出口；②输出一半功率，相位滞后π/2；耦合臂输出口；③输出另一半功率，相位滞后 ；隔离口；④无输出。当然，正交混合电桥的任一端口都可用作输入，两输出端口总是在与输入端口相反的一……