Quadrature hybrids(正交混频器或90度功分器)是一种微波和射频电路组件,用于将输入信号分成两个相位差约为90度(或正交)的输出信号。它们通常用于无线通信系统、雷达、天线系统和其他射频电子设备中,以实现信号的相位控制、信号分集、干扰抵消和其他应用。
它有两个输入端(通常标记为A和B)和两个输出端(通常标记为C和D)。
当信号应用于输入端A时,输出端C将具有与输入端A相同幅度但相位差约为0度的信号,而输出端D将具有与输入端A相同幅度但相位差约为90度的信号。
其散射矩阵如下图所示:
以设计一个中心频率为3.6GHz,各端口微带线特征阻抗均为50ohm的的正交混频器为例,可以计算出构成器件的各部分微带线特征阻抗分别为50ohm和35.35ohm。
使用ANSYS Circuit进行电路分析,由计算出微带线的特征阻抗计算各部分微带线的特征尺寸。
然后建立整个电路模型,设置计算参数。
计算结束后查看计算结果:
可以看到,设计符合预期。接下来,使用HFSS 3D Layout建立器件的版图。首先对器件的各个图层进行定义。
查看3D效果
接下来进行版图绘制,本次设计使用两种版图设计方案
方案一
方案二
对端口进行定义,然后设置计算参数进行计算。两种设计方案结果如下:
方案一结果
方案二结果
可以看出,两种版图设计方案与设计的中心频率有一定偏离,还需要对版图进行微调,以符合设计的要求。这里本文就不予以展开讨论。
接下来查看方案二工作时的电场分布云图:
视频结果请查看公众号视频
为了进一步验证仿真结果的准确性,我们将HFSS 3D Layout中的版图设计导出到HFSS中进行仿真,仿真结果如下:
设计方案三维模型
可以看到二者计算结果几乎相同,仿真结果的准确性可以保证。
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