HFSS15在馈电网络仿真中的应用解析

1、前言
　　Hirokawa 和Ando于1998年首先提出了基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW），即在介质基片中制作两排金属化通孔，与上下表面围成准封闭的导波结构。相对于传统的金属波导，SIW体积小、重量轻；同 时，相对于微带线等传统电路，SIW损耗小、辐射低。吴柯教授以及其他的专家学者对SIW进行了数值分析、建模及特性分析，并实现了各类高性能的器件，例 如滤波器、定向耦合器、移相器、天线单元及阵列等。然而在实际工程应用中，单一器件往往不能满足系统需求，各组件、部件乃至各子系统一般都要求尽可能使用 同一种传输线，从而保证内部连接更为紧凑，使得损耗更小，性能稳定。由于基片集成波导的结构包含大量金属化圆孔，仿真软件在仿真的时候，往往导致计算机内 存不够而运行终止，或者占用内存较大而降低仿真效率。
　　本文基于上述考虑，结合单脉冲网络的项目需求，运用HFSS软件，采用优化设计模型，设计了基片集成波导的单脉冲馈电网络。在考虑到各项误差后，测试结果和仿真结果基本吻合，从而证明优化模型在基片集成波导设计中的高效性，也证明HFSS在电路设计过程中的实用价值。
　　2、基于基片集成波导的单脉冲馈电网络
　　2.1、基片集成波导
　　
　　图1、基片集成波导结构
　　基 片集成波导（Substrate integrated waveguide，SIW）是一种新的微波传输线形式，其利用金属过孔或金属柱，在介质基片上实现波导的场传播模式，如图1所示。由于其传播模式和传统 的金属波导相同，因此在电性能上，其等效为一段填充有介质的金属波导，等效宽度可由等效公式进行计算。
　　
　　公式1 等效宽度的计算公式
　　其中a‘为基片集成波导的宽度，W是金属化孔间距，R是金属化孔的半径，而a为填充介质的等效金属波导宽度。为提高仿真效率同时防止电磁波从金属化孔间泄露，一般取3R≤W≤4R。