射频结环行器的设计流程与仿真

3 仿真结果与分析   

本文研究的频率范围为GSM接收端的925～960 MHz，属于微波频率段的低端，所以环行器所需的偏置磁场选用高于铁氧体谐振场。处于高场工作，器件尺寸才能尽可能小，同时也要求较高磁化强度的饱和磁化材料和较高的偏置磁场。仿真选用饱和磁化强度为1 800高斯(Gauss)，线宽△H为40奥(Oe)，损耗角正切tan δ=O.005的铁氧体材料。  

参照上述设计流程计算得到的参数为，R=4.0 mm，R0=1O mm，W=3.1 mm，φs=36，φ=22，H=2.2l mm，t=0.2 mm，k/μ=0.52，归一化导纳y=4.53，结阻抗Rj=14.6，环行条件误差为0.003。在计算机上使用HFSS电磁场仿真软件进行三维建模仿真，设置好合适的边界条件和激励源。仿真分别对工作频率F以及内偏置磁场强度Hi进行了扫描，对性能参数作了对比分析。由于匹配部分使用的是二级非递增式匹配，计算得到的结果在仿真中性能并不是最理想，见图2。这里使用HFSS自带的优化功能OPtimetrics模块，以环行器的结构参数为变量，创建COST函数为目标函数进行优化，环行性能得到很大改善，见图3。另外通过对内磁场大小的比较，分析可得在相同外形尺寸的条件下，内磁场的大小对环行器的性能影响非常大，尤其在接近谐振频率处曲线更陡峭，见图4。在谐振频率940 MHz处选择最佳内场接近39 000(A/m)。通过对内磁场多次循环微调，最终性能曲线为频带内隔离度大于24 dB，插损小于0.3 dB，回波损耗大于26 dB，电压驻波比(VSWR)小于1.12。谐振点处隔离度为41 dB，插损为0.22 dB，回波损耗38 dB，电压驻波比(VSWR)为l.03，完全满足实际GSM高性能要求。从电场能量示意图明显可以看出1～3端口的能量传输，而2端口近乎无能量，被隔离，见图5。仿真结果证明，按照本文的设计方法得出的参数值已非常接近最佳性能指标，验证了本文的设计流程以及仿真是切实可行的。  



  
4 结 语  

对于双Y结环行器的铁氧体环行器研究和设计，按照环行条件给出了自己的设计方案，通过仿真软件对设计结果进行了检验，证明了设计的正确性，可行性和实际应用价值。对一般结环行器设计有较强的指导意义,符合现代更高的性能优势和小型化特点的发展趋势。