微带结环行器仿真分析+HFSS工程文件

微带结环行器仿真分析+HFSS工程文件

工程下载：微带结环行器仿真分析HFSS工程文件

我使用HFSS版本的是HFSS 2024 R2
参考书籍《微波铁氧体器件HFSS设计原理》和视频微带结环行器HFSS仿真

1、环形器简介

环行器是一个有单向传输特性的三端口器件，它表明器件从1到2，从2到3和从3到1是导通的，反过来信号从2到1，从3到2和从1到3是隔离的。改变铁氧体偏置场的方向即可改变信号导通的方向，在环行器的一个端口端接匹配负载就可用作隔离器。

单向传输特性是环形器最大的特点，我们经常使用的微带无源电路往往都是互易对称的，S21和S12往往没什么区别，但是在环形器里面信号只能单向走。

在实际应用中，环形器常用于雷达和通信系统中，用于将发射和接收信号隔离，从而使发射和接收可以共用同一个天线。将其中一个端口接上匹配负载后，环形器还能作为隔离器使用，在系统中承担信号隔离和前端保护的功能。隔离器可以有效防止功率反射，保护前级电路不受后级失配等问题的影响，是保障系统可靠运行的重要器件。

环形器的指标主要包括（非常好理解，就不介绍了）：

1. 插入损耗（Insertion Loss）
2. 隔离度（Isolation）
3. 驻波比（VSWR, Voltage Standing Wave Ratio）
4. 功率处理能力（Power Handling Capability）
5. 隔离器的反射功率容限（Reflected Power Tolerance）
6. 带宽（Bandwidth）
7. 工作频率（Operating Frequency）
8. 温度稳定性（Temperature Stability）

2、环形器的HFSS建模

环形器一般都要用到微波铁氧体材料去建模，我对微波铁氧体的仿真不太收悉，详细可以参考书籍：《微波铁氧体器件HFSS设计原理》。此外，建模过程参考书籍和视频微带结环行器HFSS仿真。

此处建模的是一个25GHz的环形器结构，建模得到的HFSS仿真图如下所示：

3、环形器的HFSS仿真分析

3.1、S11分析

仿真观察S11，发现在25GHz附近匹配良好：

3.2、S21和S12分析（单向导通性分析）

仿真观察S21和S12，发现存在明显的单向导通特性：

3.3、单向导通动画

非常明显啊：