HFSS15在基片集成波导单脉冲馈电网络仿真中的应用（二）
优化模型的关键在于调整圆柱面的划分数量，从而使得网格的数量下降到计算机内存可接受的程度，但是同时又要保证仿真的正确性。图4是对图3所示传输线进行仿真的结果，对于金属化孔，默认的圆弧面网格划分数量为16。从图4中可以看出随着划分数量从16降低到6，网格划分对应的数量从19953降低到5455，而回波损耗的误差约0.5dB左右，插入损耗误差小于0.02dB，相位的误差小于1度。当然，不同复杂程度的模型对应不同程度的误差量级，因此兼顾到效率和运算精度，最终取圆弧面的网格划分数量为10。
图4、圆弧面网格划分不同数量下的仿真结果。a）回波损耗；b）插入损耗；c）相位差异；d）网格数量
3.2、设计实例
工程实际需求的基片集成波导单脉冲馈电网络工作在Ku波段，它主要由四个3-dB电桥，四个90度移相器，以及四个1：8功率分配网络组成，如图5(a)所示。其中输入口为端口1-4，共四个，1口为EΣ，2口和3口分别为EΔα和EΔβ，而4口称为Q口，一般接匹配负载；输出口为端口5-36，共32个。图5(b)为整个系统在HFSS中的仿真模型，其中1-4口，SSMA水平输入，5-36口SMP垂直输出，基片集成波导主体电路通过基片集成波导/微带过渡到同轴端口。设计的印制板采用厚度为1.016mm的Rogers RT-6002，该介质板介电常数为2.94，由于参杂了陶瓷粉，因此质地较硬，同时相位的温度稳定性较好，特别适合高频使用。由于本设计要求工作在Ku波段，因此金属化孔的半径为0.2mm。采用IBM服务器X3650（2xE5620，64G内存）最终经过8次的迭代，如图5(c)所示。
图5、基片集成波导单脉冲网络的原理图(a)，仿真模型(b)，仿真收敛状态(c)以及实物图(d)
加工完成的实物图如图5(d)所示，整个馈电网络的尺寸为146.5mm╳140mm，由于印制板和结构件的公差配合，印制板的尺寸比结构件的腔体要稍微小一些，因此印制板和腔体壁之间有一定的间隙，间隙的存在影响了系统的匹配，因次通过增加额外的调配手段(Tuning Point)，使得系统匹配。样件的测试基于40GHz网络分析仪，最终测试的结果，如图6。
图6、基片集成波导单脉冲网络的测试和仿真对比结果：总端口回波损耗(a)，总端口间的隔离度(b)，分端口幅度均方差(c)以及分端口相位均方差(d)
4、结论
介绍了基片集成波导以及单脉冲天线的基本工作原理，并根据工程需求，利用优化的金属化孔模型，在保证仿真精度的前提下，使得仿真的效率进一步提高；最终设计了Ku波段的电大尺寸馈电网络，在6%的带宽内总口回波损耗好于10dB，隔离大于25dB，32个输出端口的幅度均方误差小于0.5dB，相位误差小于6度。
