微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析波导膜片2.doc

HFSS仿真分析波导膜片 实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, ab，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE模和TM模。 图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。 以a=23mm，b=10mm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。 波导容性膜片的仿真分析 矩形波导中的金属膜片分为两类，一类为容性膜片（如图9（a）），这种结构的膜片能储存净电磁能，具有电容的性质,其等效电路（如图9（b））。一类为感性膜片（如图10（a）），其等效电路（10（b））。容性膜片是设置在矩形波导宽壁上的金属薄片；感性膜片是设置在矩形波导窄壁上的金属薄片。 b b 图9（a） 容性膜片 图9（b） 等效电路 b b 图10（a） 感性膜片 图10（b） 等效电路 对称结构的容性膜片的归一化电纳近似计算公式为 式中，为矩形波导的导纳；a、b为矩形波导横截面尺寸；a、b为膜片间距。 对称结构的感性膜片的归一化电纳近似计算公式为 S参数为 其中是膜片的归一化导纳。 2．实验步骤 HFSS仿真分析矩形波导 HFSS软件分析单模传播模式的具体步骤如下： 建立新的工程 设置求解类型 在菜单中点击HFSSSolution Type，在弹出的Solution Type窗口中选择Driven Modal,点击OK 设置模型单位 在菜单栏中点击ModelerUnits,设置模型单位，选择mm 3）画波导 （1）在菜单栏中点击Drawbox （2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标X=0 ，Y=0 ,Z=0 （3）输入长方体X,Y,Z三个方向尺寸，dX:23，dY:10，dZ:50 （4）在属性窗口中选择Attribute标签，该长方体的名字修改为waveguide 4）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（如图2）； 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（如图3），结合ctrl键选中face10、11、12、9（如图4）。 （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（如图5）。 图2 select faces界面 图3 select by name界面 图4 select face界面 图5 设置Perfect E边界条件 5）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（如图6）。 （3）另外一个端口面执行同样的操作。 图6 设置wave port界面 6）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。 7）保存工程 在菜单栏中点击FileSave as 8）求解该工程 在菜单栏中点击HFSSAnalyze all 9）画场分布图 在菜单栏中点击HFSSFieldsPlot FieldsE，电场幅度分布（如图7）。 图7 波导中电场强度幅度分布 10）观察数据结果 点击HFSSResultsSolution Data（如图8），在Matrix Data项中可以查看S参数以及Gamma等参数。 图8 查看solution data界面 HFSS仿真波导容性膜片 画波导：box类型，定点坐标（0,0,0），尺寸（23mm,10mm,50mm） 画膜片1 （b’=0.5b）