高频电磁场仿真有限元CAE软件系列分享 — 射频和微波无源器件设计仿真

——射频和微波无源器件设计仿真

电子科学与技术的迅猛发展，使得大规模系统建模技术和半导体集成技术日趋成熟，射频(Radio Frequenc，又称RF)和微波(Microwave，又称MW)电路被广泛地应用到了移动通信技术、无线通信技术、全球定位系统、雷达技术、卫星直播系统和自动防撞系统等各个领域。狭义的RF波段是指频率范围在3OMHz一4GHz之间的电磁波，微波波段是指在4GHz以上的频率范围的电磁波。

射频微波无源器件主要包括：功率分配器件、微波谐振器件和连接匹配元件三大类。

(1) 功率分配器件：1.功分器（微带、腔体）；2.耦合器（微带、腔体）3.微波分支器。

(2) 微波谐振器件：1.滤波器 ；2.双工器；3.合路器。

(3) 连接匹配元件：1.终端负载 2.衰减器 3.阻抗匹配元件。其中，终端负载又包括短路负载、失配负载和匹配负载（同轴线匹配负载、微带匹配负载）。

图1 功分器

功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或者多路输出能量的器件，也可以反过来将多路信号能量合成为一路输出，一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。

图2 定向耦合器

定向耦合器常用于对规定流向微波信号进行取样。在没有负载的情况下，定向耦合器一般都是一四端口网络。

图3 滤波器

滤波器是一种双端口网络，它最基本的应用就是抑制不需要的频率信号，让需要的信号通过在微波系统中起到频率选择的作用。滤波器主要作为模块级产品与主设备进行配套使用，个别情况下需要克服频段外杂波干扰的情况可以单独使用。在实际生活中，把两个或以上的滤波器组合到一起就成了双工器也叫合路器。

在分析RF和微波电路的过程中，当电路中由于非线性现象而产生新的频率信号的幅度相对于整个系统的频率信号的幅度非常小时，电路的非线性现象可以忽略不计，因此人们可以把该种情况下的微波电路等效为线性电路来分析。但是，在实际的工作环境中，由于RF和微波电路通常是在大功率信号之下工作的，往往会呈现出很强的非线性现象。此外，电路设计规模越大、设计指标和工作频率的频段越高，对器件模型的各项要求也就越高。因此，研究人员如何才能准确地设计微波电路，对于提高微波毫米波电路设计的成功率、缩短研制周期都是非常重要的。

高频电磁场仿真有限元CAE软件能够实现快速精确地计算各种射频、微波无源器件的电磁特性，得到S参数、传播常数、电磁特性，优化期间的性能指标，并进行容差分析，帮助工程师们快速完成设计并得到各类器件的准确电磁特性，包括波导器件、滤波器、耦合器、功率分配/合成器、隔离器、腔体和铁氧体器件等。