上節(jié)學(xué)個(gè)Antenna：HFSS腳本建模入門(mén)一文中，對(duì)HFSS的腳本錄制和利用matlab-hfssapi建模進(jìn)行了入門(mén)介紹，今天我們就利用HFSS-API來(lái)設(shè)計(jì)指數(shù)漸變傳輸線，實(shí)現(xiàn)寬帶高性能的阻抗匹配。

本文使用的電磁仿真軟件為ANSYS Electronics Desktop Version 2017.2.0

0 1微帶線尺寸計(jì)算

已知基板的厚度，介電常數(shù)和微帶線的線寬可以利用微波射頻網(wǎng)的微帶線特征阻抗計(jì)算器進(jìn)行特性阻抗的快速計(jì)算。那么已知基板的厚度，介電常數(shù)和微帶線的特性阻抗，如何計(jì)算其對(duì)應(yīng)的線寬呢？

相應(yīng)的理論公式已在上面的微波工程一書(shū)中詳細(xì)闡述，現(xiàn)摘取部分關(guān)鍵內(nèi)容如下：

先計(jì)算等效介電常數(shù)：對(duì)于給定的特性阻抗和介電常數(shù)，比值可求得：（公式左右滑動(dòng)可看全部）：

已知基板介電常數(shù)、厚度，以及需要得到的微帶線阻抗值可以根據(jù)上述理論公式進(jìn)行Matlab代碼編寫(xiě)：

function W=microstrip_Zcal（Er，H，Z0）

%Unit：mm，GHz，ohm

%計(jì)算中間變量

A=Z0/60*sqrt（（Er+1）/2）+（Er-1）/（Er+1）*（0.23+0.11/Er）;

B=377*pi/（2*Z0*sqrt（Er））; W_d_A=8*exp（A）/（exp（2*A）-2）; W_d_B=2/pi*（B-1-log（2*B-1）+（Er-1）/（2*Er）*（log（B-1）+0.39-0.61/Er））;

if（W_d_A《2）

W_d=W_d_A; else W_d=W_d_B; end %計(jì)算微帶線寬度 W=W_d*H;end

對(duì)于介電常數(shù)3.66、厚度1mm的基板，100歐姆微帶線理論計(jì)算的線寬為0.5467mm

對(duì)于介電常數(shù)2.2、厚度0.508mm的基板，50歐姆微帶線理論計(jì)算的線寬為1.5652mm

0 2指數(shù)漸變傳輸線理論

多節(jié)匹配變換器的理論這里不做過(guò)多闡述。如下圖所示，若傳輸線各位置的特性阻抗按一定規(guī)律進(jìn)行漸變，則可以通過(guò)改變漸變的類型得到不同的通帶特性。本節(jié)對(duì)指數(shù)漸變傳輸線進(jìn)行分析和建模。

對(duì)應(yīng)上述圖示，指數(shù)漸變傳輸線滿足：

因?yàn)?，因此有?/p>

結(jié)合小反射理論推導(dǎo)出輸入端的反射系數(shù)：（公式左右滑動(dòng)可看全部）：

為了降低低頻率處的失配，漸變傳輸線的長(zhǎng)度應(yīng)該大于介質(zhì)中的半波長(zhǎng)，即為。

0 3微帶線漸變傳輸線的HFSS-API快速設(shè)計(jì)

有了前二節(jié)的理論支撐，在限定長(zhǎng)度的情況下，已知負(fù)載阻抗為，輸入端參考阻抗為，微帶線各位置的特性阻抗值可以確定，接著反向計(jì)算微帶線線寬。

代碼僅供參考，筆者自行根據(jù)個(gè)人習(xí)慣自行修改過(guò)hfssapi文件，參數(shù)傳入等存在差異

clear;clc;%參數(shù)輸入Z0=50;ZL=100;%Z0：輸入的參考阻抗，ZL：負(fù)載阻抗lambda=300/3;%自定義工作頻率下限的波長(zhǎng)：mmL=50;%漸變傳輸線的長(zhǎng)度：mmL0=linspace（0，L，251）;tot_num=length（L0）;dL=L0（2）-L0（1）;%離散化的傳輸線，每節(jié)的長(zhǎng)度%指數(shù)漸變傳輸線a=1/L*log（ZL/Z0）;Z=Z0*exp（a*L0）;plot（L0，Z）;%獲取m文件當(dāng)前路徑p1 = mfilename（‘fullpath’）;i=findstr（p1，‘’）;p1=p1（1:i（end））;pp=strcat（p1，‘hfssapi’）;%與m文件同級(jí)的文件夾中的hfssapi加入到路徑中addpath（［pp ‘/3dmodeler’］）;

addpath（［pp ‘/general’］）; addpath（［pp ‘/analysis’］）; addpath（［pp ‘/boundary/’］）; %vbs腳本路徑tmpScriptFile = ‘C:UsersDellDesktopexp_transmissionLine.vbs’;%計(jì)算微帶線的線寬：mmEr=2.2;H=0.508;

Wcal=zeros（1，tot_num）;for num=1:tot_num zcal=Z（num）; Wcal（num）=microstrip_Zcal（Er，H，zcal）;end

%vbs腳本建模：此處引用hfssapi為自己修改過(guò)后的，參數(shù)傳入有差異；%不可直接復(fù)制運(yùn)行，當(dāng)作偽代碼，僅供參考%建立HFSS模型文件.fid = fopen（tmpScriptFile， ‘wt’）;% 建立一個(gè)新的HFSS project和design.hfssNewProject（fid）;hfssInsertDesign（fid， ‘gradually_changed_tri_transmissionLine’）;

% 創(chuàng)建新的PolylinePoints=zeros（2*tot_num，3）;for num=1:tot_num Points（num，1:3）=［-Wcal（num）/2，（num-1）*dL，0］;endPoints（（tot_num+1）：end，1）=abs（flipud（Points（1:tot_num，1）））;Points（（tot_num+1）：end，2）=flipud（Points（1:tot_num，2））;Points（（tot_num+1）：end，3）=flipud（Points（1:tot_num，3））;hfssPolyline（fid， ‘exp_transmissionLine’， Points， ‘mm’， 1， ‘Line’， ［255， 255， 0］，0）hfssSetColor（fid， ‘exp_transmissionLine’， ［255，255，0］）; hfssSetTransparency（fid， {‘exp_transmissionLine’}， 0）; hfssAssignPE（fid， ‘Line’， {‘exp_transmissionLine’}）;

% Create the substratehfssBox（fid， ‘substrate’，［-40/2，0，0］，［40，L，-H］，‘mm’，1）;hfssAssignMaterial（fid， ‘substrate’， ‘Rogers RT/duroid 5880 （tm）’）; hfssSetTransparency（fid， {‘substrate’}， 0.2）;

% Create the groundhfssRectangle（fid， ‘GroundPlane’， ‘Z’， ［-40/2，0，-H］，40，L， ‘mm’，1）; hfssSetColor（fid， ‘GroundPlane’， ［192， 192， 192］）; hfssSetTransparency（fid， {‘GroundPlane’}， 0.4）; hfssAssignPE（fid， ‘PerfE_Ground’， {‘GroundPlane’}）;

%------------空氣盒------------% hfssBox（fid， ‘AirBox’， ［-40/2-lambda/4，0，-H-lambda/4］，［40+lambda/2， L， H+lambda/2］， ‘mm’，1）;

hfssSetTransparency（fid， {‘AirBox’}， 0.9）; hfssAssignRadiation（fid， ‘Rad1’， ‘AirBox’）; %-----------設(shè)置端口---------------% hfssRectangle（fid， ‘waveport1’，

‘Y’， ［-Wcal（1）*6/2，0，-H］，5*H，Wcal（1）*6， ‘mm’，1）; hfssRectangle（fid， ‘waveport2’， ‘Y’， ［-Wcal（end）*6/2，L，-H］，5*H，Wcal（end）*6， ‘mm’，1）; hfssSetColor（fid， ‘waveport1’， ［255， 0， 0］）; hfssSetColor（fid， ‘waveport2’，

［255， 0， 0］）; hfssAssignWavePort（fid， ‘Port1’， ‘waveport1’， 1， false， ［0，0，-H］， ［0，L，-H］， ‘mm’）;hfssAssignWavePort（fid， ‘Port2’， ‘waveport2’， 1， false， ［0，0，0］， ［0，L，0］， ‘mm’）;%-----------改變積分終點(diǎn)--------------% hfssInsertSolution（fid， ‘Setup3000MHz’， 3， 0.02， 15）;hfssInterpolatingSweep（fid， ‘Sweep3to10GHz’， ‘Setup3000MHz’，3， 10，351）;

% Close the HFSS Script File.fclose（fid）;

function W=microstrip_Zcal（Er，H，Z0） %Unit：mm，GHz，ohm %計(jì)算中間變量 A=Z0/60*sqrt（（Er+1）/2）+（Er-1）/（Er+1）*（0.23+0.11/Er）; B=377*pi/（2*Z0*sqrt（Er））; W_d_A=8*exp（A）/（exp（2*A）-2）;

W_d_B=2/pi*（B-1-log（2*B-1）+（Er-1）/（2*Er）*（log（B-1）+0.39-0.61/Er））; if（W_d_A《2） W_d=W_d_A; else W_d=W_d_B; end %計(jì)算微帶線寬度 W=W_d*H;end

這里直接給出可執(zhí)行的vbs腳本文件（第四小節(jié)-資源分享有下載鏈接），vbs腳本建模的好處就是不管對(duì)方是用hfss15還是hfss18，都可以通過(guò)下面圖片的操作，Run script進(jìn)行模型的復(fù)構(gòu)。

原文標(biāo)題：學(xué)個(gè)Antenna：利用HFSS-API設(shè)計(jì)指數(shù)漸變傳輸線

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