9.9 HFSS定向耦合器仿真设计分析结果讨论

    细心的读者对比式（9-8-1）给出的仿真计算得出的 S 矩阵结果和式（9-1-1）给出的理论分析的S 矩阵结果，可以发现仿真计算结果和理论分析结果有着很大差异。那么，是什么原因导致这样的差异呢？

    我们知道，在前面的设计中，每个端口传输线的长度取的是1/4 个导波波长。这1/4 个 导波波长的传输线会在每个端口引入90°的相位差，从而导致了S 参数矩阵仿真计算结果和 理论分析结果的差异。

    9.9.1 重新仿真验证S 矩阵结果

   为了验证我们的分析结论，把每个端口传输线长度设置为0.5mm（远小于工作波长49.13mm），然后重新运行仿真计算。

    把每个端口传输线长度设置为0.5mm，只需要把变量 length 的初始值由原来的24.5mm 改为12.72mm 即可。从主菜单栏选择【HFSS】→【Design Properties】，打开设计属性对话框，把变量 length 对应的Value 值由 24.5 修改为 12.72，如图9.30 所示，然后单击按钮退出对话框。

图 9.30 “设计属性”对话框

     单击工具栏的按钮；重新运行仿真计算。

     说明: 因为此处只需要查看4GHz 工作频点上的 S 参数矩阵，不需要查看耦合器扫频特性，所以为了节约仿真计算时间，可以取消前面的扫频设置后再运行仿真。在工程树中，展开 Analysis 下的 Setup1 节点，选中 Sweep1，单击右键，从弹出菜单中选择【Disable Sweep】命令，即可取消扫频设置。

    仿真计算完成后，执行和前面 9.8.2 节相同的操作，查看端口传输线长度为 0.5mm 时的 S 参数矩阵计算结果，如图 9.31 所示。

图 9.31 S 矩阵结果显示窗口 

    此时：


    这里，式（9-9-1）的仿真计算结果和式（9-1-1）的理论分析结果就一致了。

    9.9.2 使用端口平移功能验证S 矩阵结果

    在验证此处的讨论结果时，除了使用上述改变端口传输线长度然后重新仿真计算这种方法外，还有另外一种更加简便的方法，就是通过波端口的端口平移（Deemed）功能来实现。使用端口平移（Deemed）功能无须重新计算，可以大大节省验证时间。

    我们最初设计的环形耦合器，其端口传输线长度为 1/4 个导波波长（即 12.28mm），为了消除传输线引入的相差对S 矩阵的影响，可以使用端口平移功能，把每个端口向内侧平移12.28mm。

    从主菜单栏选择【HFSS】→【Design Properties】，打开设计属性对话框，把变量 length 对应的 Value 值改为最初的 24.5mm。 双击工程树 Boundaries 节点下的端口激励 P1，打开图 9.32 所示的 Wave Port 对话框，选择对话框的Post Processing 选项卡，勾选Deemed 复选框，并在 Distance 项的文本框内输入12.28mm；然后单击按钮，完成端口平移设置，退出对话框。

图 9.32 在 Wave Port 对话框中进行端口平移设置

    使用相同的操作，分别设置端口P2、P3 和 P4 向内侧平移12.28mm。此时，再使用和前面 9.8.2 节相同的操作显示S 矩阵，如图 9.33 所示。

图 9.33 端口平移后的S 矩阵

此处显示的S矩阵

和式（9-1-1）的理论分析也是一致的。

    9.10 保存并退出HFSS

    至此，我们完成了环形定向耦合器的设计分析。单击工具栏的按钮，保存设计；然后，从主菜单栏选择【File】→【Exit】，退出HFSS。