微波技术与天线实验利用HFSS仿真分析矩形波导.docVIP

微波技术与天线实验报告 实验名称： 实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 实验日期： 2011年 月 日 实验目的 学会HFSS仿真波导的步骤，画出波导内场分布随时间变化图，理解波的传播与截止概念；计算传播常数并与理论值比较。 实验原理 矩形波导的结构如图1，波导内传播的电磁波可分为TE模和TM模。 1矩形波导TE模。 其中，=而是与激励源有关的待定常数。 TM模 =0，由的边界条件同样可得无穷多个TM模。注意：对于和模，m, n不能同时为零，否则全部的场分量为零。 和模具有相同的截止波数计算公式，即 （）=（）= 所以，它们的截止波长和截止频率的计算公式也是一样的，即 （）=（）= （）=（）= 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（或）的模式才能在波导中传播。由公式可以看出矩形波导的，不仅与波导的尺寸a, b有关，还和模指数m, n有关。当a, b一定时，随着的改变，矩形波导可以多模传播，也可以单模传播，甚至也可以处于截止状态。a=23mm，b=10m的空心矩形波导为例，由截止频率的计算公式可以计算，，，所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz 图 2 HFSS工程窗口 设置求解类型Driven Modal在菜单中点击HFSSSolution Type，选择Driven Modal 图 3设置求解类型Solution Type窗口 设置模型单位在菜单栏中点击ModelerUnits选择 图 4设置模型单位Set Model Units窗口 保存工程命名为waveguide 点击工具栏中的，将工程名字设为waveguide。 2、画点击（Draw box）画矩形波导的长方体模型，在屏幕右下角出现长方体顶点信息，输入顶点坐标如图5，按回车键；屏幕右下角出现长方体尺寸信息，输入如图6，按回车键结束画图过程。 图 5长方体顶点坐标 图 6长方体尺寸设置 在屏幕右侧窗口显示画出的长方体；点击工具，将长方体全部显示在窗口中（如图7）。 （2）设置长方体属性 在 3、设置边界条件 （1）选择波导的四个纵向面。 通过Editselectfaces,将鼠标设置为选择面的状态通过按钮（旋转功能）以及ctrl键实现选择多个面，或者通过editselectby name结合ctrl键选中face10、11、12、9。 （2）将这四个面设置为理想导体边界。 可以通过点击HFSSBoundariesAssign Perfect E实现，或者点击鼠标右键Assign Boundary Perfect E）。 图3 select by name界面 图4 select face界面 图5 设置Perfect E边界条件 4、设置激励源wave port （1）选中波导的一个端口面（垂直于z轴的平面）（2）点击HFSSExcitationsAssignWave port或者点击鼠标右键assign excitationwave port）。 （3）另外一个端口面执行同样的操作。 设置求解频率 （1）在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup （2）在求解设置窗口中，设置Solution Frequency：13Ghz 6、计算及后处理 在菜单栏中点击HFSSAnalyze all 9）画场分布图 在菜单栏中点击HFSSFieldsPlot FieldsE。HFSSDesign1Field Overlays，点击鼠标右键AnimateOK，可以演示电场强度幅度随着时间变化情况，观察理解电磁波从端口1向端口2传播的过程。 图7 波导中电场强度幅度分布 10）观察数据结果 点击HFSSResultsSolution Data，在Matrix Data项中可以查看S参数以及Gamma等参数。 图9 S参数及Gamma 4