HFSS实例探究 | 场路协同中的阻抗匹配_HFSS_电路_通用_汽车_新能源

HFSS实例探究 | 场路协同中的阻抗匹配

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。

一

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。

二

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。

三

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。

四

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

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