电磁场HFSS实验报告Word格式文档下载.docx

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打开HFSS软件后,自动创建一个新工程:

Project1,由主菜单选aｓ　,保存在指定的文件夹内,命名为Eｘ1＿Tee;

由主菜单选Project\InｓｅｒｔHFSSDesign,在工程树中选择HＦSＳMoｄｅl1,点右键,选择　Reｎａme项,将设计命名为TeｅMｏdel、

选择求解类型为模式驱动（ＤｒivenModｅl）:

由主菜单选HFSS\SolutioｎTｙpe,在弹出对话窗选择DriｖenMｏdｅl项。

设置长度单位为ｉn:

由主菜单选　3ＤModｅleｒ\Uｎｉtｓ　,在　SeｔModｅlUnits对话框中选中ｉn项、。

2、创建Ｔ形波导模型:

创建长方形模型:

在Draw菜单中,点击　Box选项,在manｄ页输入尺寸参数以及重命名;

在Attriｂute页我们能够为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Trａnsparent（透明度）将其设为０、8。

Matｅrｉaｌ（材料）保持为Ｖacuｕm、

设置波端口源励:

选中长方体平行于　ｙz面、x＝2的平面;

单击右键,选择AssigｎExcｉtatioｎ＼Wａveporｔ项,弹出　ＷavｅPort界面,输入名称WavｅPoｒｔ1;

点击积分线　（ＩntegrationLiｎe）下的Newlinｅ　,则提示绘制端口,在绘图区该面的下边缘中部即（2,0,0）处点左键,确定端口起始点,再选上边缘中部即（2,0,０、４）处,作为端口终点。

复制长方体:

展开绘图历史树的　Moｄel\Vacｕuｍ\Tｅｅ节点,右键点击Tee项,选择Ｅdit\Dｕplicate\Arｏunｄ　Ａxis,在弹出对话窗的Ａxis项选择Z,在Angeｌ项输入90ｄeg,在Toｔaｌ　Nｕmber　项输入2,点OK,则复制、添加一个长方体,默认名为TEＥ＿1。

重复以上步骤,在Ａngel项输入-９０,则添加第３个长方体,默认名Ｔee_2。

合并长方体:

鼠标右键切换到物体选择状态。

选中第1个长方体,按下Ctrｌ键的同时选中第2、３个长方体,由主菜单选3DMｏｄeler＼Ｂoｏleａn\Unｉte,则将三个长方体组合在一起,形成了一个Ｔ型接头。

创建隔片:

绘制长方体:

Drａw/bｏx命令任意创建一个长方体,确定位置参数:

绘图工程树双击ＣｒeateＢox1在属性对话窗口的manｄ页,在Ｐosｉtion项输入-0、45in,ｏffset—0。

05in,０ｉn,调整长方体尺寸;

由T型接头中减去间隔:

在历史树中选择Teｅ项,按下Ｃtrl　键的同时再选中Septum项。

由主菜单选３DModeler\Bｏolean\Ｓｕbtract,在弹出对话窗口中,确定Teｅ在ＢlaｎkＰarｔｓ列,Seｐtｕｍ在Tｏol　Parts列（马上间隔从型接头中去掉）,点OK完成。

3、分析求解设置:

在工程树中,找到ＴeeModel\Analysis　节点,点右键,选择ＡddSolutiｏnＳetup,弹出对话窗。

在　General标签页的Ｓｏlution项输入10,默认单位为GHz,在AdaptiｖeＳolutioｎs的ＭaximumNumｂer　oｆPassｅs　项设为3,其它不变,点击确定、

添加扫频设置:

在工程树中的Sｅtｕp1项上点右键,选择AddFrenqｕencｙＳｗｅep,在弹出对话窗中选择Ｇeneral项,其它具体设置默认不变;

在Type栏选择ＬinearSteｐ,定义频率范围为:

8～１０GＨz,阶长０、05GHｚ,点OK完成、

设计检查:

主菜单选ＨＦSS\VａlｉdationCheck,则弹出确认检查窗口,对设计进行确认。

全部完成且没有错误时,点Close结束。

4、运行仿真分析:

由主菜单选ＨFＳS\Aｎalyｚeaｌl,对设计的模型进行三维场分析求解。

求解全部完成后,在信息管理区会出现确定信息、

５、查看仿真分析计算结果:

创建一个Ｓ参数的矩形曲线图;

创建一个电场视图;

创建动态演示场覆盖图

内场分析结果

1、图形化显示S参数计算结果

图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线

2、查看表面电场分布

表面场分布图

３、动态演示场分布图

实验总结:

实验二T形波导的优化设计

熟悉并掌握HＦSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、 

掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理、 

1、装有ｗｉｎdoｗｓ系统的PC一台

2、HＦSS15、0或更高版本软件

3、截图软件

利用参数扫描分析功能。

分析在工作频率为10GHｚ时,Ｔ形波导3个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offｓet的变化关系。

利用HFSＳ的优化设计功能,找出隔片的准确位置,使得在10GHz工作频点,T形波导商品３的输出功率是端口2输出功率的两倍。

１、新建一个优化设计工程;

由主菜单选,打开第二部分所创建的Ex1_Tｅe、hｆｓs文件。

由主菜单选as,保存在自建文件夹内,命名为OptiｍTee、hfss,删除频率扫描。

2、参数扫描分析设置和仿真分析:

在工程树中选Optｉmetrics项上点右键,选择Add\Parameｔrie项添加参数扫描分析项。

定义输出变量:

添加变量扫描定义:

在对话窗的ＳweeｐＤｅfinｉtiｏns标签页,点击Ａdd,在新弹出窗口中差不多默认调节变量为offset选择Liｎearsｔep项,变量范围设为0～１,阶长为0。

1,单位均为ｉｎ,点击　Ａdd,则在窗口右侧加入调节变量及其设置。

点OK、

在Ｃaｌculatiｏnｓ标签页（注:

设置页面能够在工程树下Opimetricｓ/PａｒａmｅｔricSetuｐ1打开）,点击左下角SeｔｕｐＣaｌcuｌatｉon,则弹出Ａdd/EditＣalculations对话窗。

点击左下角ＯｕtpuｔVariaｂles,弹出Ｏｕtpuｔ　Varｉablｅs对话框,定义Poｗeｒ１１、Pｏwer２１、Pｏweｒ31变量、

运行参数扫描分析:

在工程树中的ParaｍetｒicSetｕp1项上点击右键,选择Ａnalyze,对参数设置中变量扫描定义的每一个变量进行3D场分析求解。

全部完成后,在信息管理区会出现确定信息。

创建S参数与Ofｆset变量的关系曲线图:

在工程树的　Reｓultｓ项点右键,选择CrｅａtｅModaldaｔa　Rｅｐort项选择RｅctanｇulaｒPlot,点OＫ完成,则弹出对话窗默认选择Trａcｅ选项。

3、优化设计:

添加优化变量:

　由主菜单选ＨFＳS\DeｓｉｇｎPｒoperｔiｅｓ,在弹出对话窗选择Optimizatiｏn项,在ｏｆfseｔ栏勾选Inclｕde项,点击确定完成。

添加目标函数:

这个地方的优化目标是端口3的输出功率是端口２的2倍,目标函数为:

Ｐower31—2*Power21=0、优化设置的对话框下在　Goaｌs标签页,点击左下角SeｔupＣalcuｌａtion选项,弹出Aｄd／Ediｔ　Cａｌculaｔiｏn对话框,点击左下角Ｏutput　vａｄiａbｌes,创建新的一个目标变量,Name栏中为:

Cost,通过InserｔintoExｐrｅｓsion选项在Eｘpreｓsion栏中写入表达式:

Ｐoweｒ31-２*Power21。

然后点击Add,最后点击右下方Ｄｏne、返回到Add／EditCaｌculaｔion对话框,点击下方AddＣaｌculａtｉon,添加目标变量到SｅtupOpｔiｍｉzａｔion对话框Cost中、

设置优化变量的取值范围:

选择Vａｒiables标签页,在Varｉａble列只有ｏffｓet变量,勾选Ｏvｅrride项,在starting　Ｖalue列输入0、1。

Min中:

0,Mａｘ中:

０。

3,offseｔ变化范围在0到0。

３in之间。

运行优化分析:

在工程树的OｐtimizａtioｎSetup1项上点右键,选择Anaｌyze,进行优化分析。

此过程需要几分钟,可进行下面的实验步骤。

在工程树的ＯｐｔimizatｉｏnSｅtup1项上点右键,选择Vｉew　Ａnaｌysｉs　Ｒesult,察看优化结果。

实验结果

1、创建功率分配随变量Offset变化的关系图

输出变量随变量Offｓeｔ变化的关系图

分析:

从上图所示的图能够看出,当变量Oｆfsｅt值逐渐变大时,即隔片位置向端口2移动时,端口2的输出功率逐渐减小,端口3的输出功率逐渐变大;

当隔片位置变量Oｆｆset超过0、3英寸时,端口1的反射明显增大,端口３的输出功率开始减小。

因此,在后面的优化设计中,能够设置变量Oｆfsｅt优化范围的最大值为0。

3英寸。

同时,在Oｆfｓet=０、１英寸时,端口3的输出功率约为0、65,端口2的输出功率略大于０、3,此处端口3的输出功率约为端口２输出功率的两倍。

因此,在优化设计时,能够设置变量Offsｅt的优化初始值为0。

1英寸。

另外,变量Ｏｆfset优化范围的最小值能够取0英寸、

2、表面电场随变量Ｏfｆｓｅt变化

Offｓet=０ｉｎ　　　　　Oｆｆｓet=0。

3in

Offset＝０。

６in　　　　　　　Offｓｅｔ＝０。

9in

优化设计结果

1、优化结果

在oｆｆｓet=0、０93iｎ时,目标函数（Ｃost　fuｎｃtion）:

Ｐｏwｅr３1－２＊Power21=0。

０000０3达到预期优化效果。

2、优化后电场分布

实验三　半波偶极子天线仿真实验报告

实验目的

１、学会简单搭建天线仿真环境的方法,主要是熟悉日HFＳS软件的使用方法

2、了解利用HFＳS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法

3、通过天线的仿真,了解天线的主要性能参数,如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等

4、通过对半波偶极子天线的仿真,学会对其他类型天线仿确实方法

1、装有windoｗs系统的PC一台

２、HFSS１5、0

３、截图软件

本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。

天线沿着Z轴放置,中心位于坐标原点,天线材质使用理想导体,总长度为０。

4８λ,半径为λ/200。

天线馈电采纳集总端口激励方式,端口距离为0、24mｍ,辐射边界和天线的距离为λ/4、

首先明白一点:

半波偶极子天线就是对称阵子天线、

2、对称振子是中间馈电,其两臂由两段等长导线构成的振子天线。

一臂的导线半径为λ/2００。

长度为l=０、４8λ、两臂之间的间隙特别小,理论上能够忽略不计,因此振子的总长度L=21。

对称振子的长度与波长相比拟,本身己能够构成实用天线。

3、在计算天线的辐射场时,经过实践证实天线上的电流能够近似认为是按正弦律分布。

取图1的坐标,并忽略振子损耗,则其电流分布能够表示为:

　式中,Iｍ为天线上波腹点的电流;

k为相移常数、依照正弦分布的特点,对称振子的末端为电流的波节点;

电流分布关于振子的中心店对称;

超过半波长就会出现反相电流。

４、在分析计算对称振子的辐射场时,能够把对称振子看成是由无数个电流Ｉ（z）,长度为ｄz的电流元件串联而成。

利用线性媒介中电磁场的叠加原理,对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和、

图2对称振子辐射场的计算

如图2所示,电流元I（z）所产生的辐射场为

５、方向函数

1、设计变量（以表格的形式列出来）

　　设置求解类型为DriｖenMoｄel类型,并设置长度单位为毫米。

提早定义对称阵子天线的基本参数并初始化、创建偶极子天线模型,即圆柱形的天线模型。

（模型截图贴在下面）

其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。

设置端口激励（附以截图）

半波偶极子天线由中心位置馈电,在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。

４、设置辐射边界条件（截图）

要在HfSS中计算分析天线的辐射场,则必须设置辐射边界条件。

这个地方创建一个沿Z轴

放置的圆柱模型,材质为空气。

把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。

外加激励求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在3GＨz,同时添加2、５　ＧＨz:

^3、５GHz:

频段内的扫频设置,扫频类型为快速扫频。

5、设计检查和运行仿真计算

6、HFSS天线问题的数据后处理（截图,并做相应的说明）

具体在实验结果中阐释。

1、回波损耗S１1

　回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射,是一对线自身的反射,是天线设计需要关注的参数之一。

图中所示是在2、5　ＧＨｚ^3、５GHｚ频段内的回波损耗,设计的偶极子天线中心频率约为3GHz,S1１〈－１0ｄBd的相对带宽ＢW＝（３、２5-2、77５）/3*1000/＝1５。

83%

２、电压驻波比

驻波比,一般指的就是电压驻波比,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。

由图能够看到在3G赫兹附近时,电压驻波比等于１,说明此处接近行波,传输特性比较理想。

3、ｓｍith圆图史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法、采纳双线性变换,将z复平面上、实部r=常数和虚部x=常数两族正交直线变化为正交圆并与:

反射系数|Ｇ|=常数和虚部Ｘ＝常数套印而成、

从ｓmiｔh圆图能够看到,在中心频率3G赫兹时的归一化阻抗约为1,说明端口的阻抗特性匹配良好、

4、输入阻抗传输线、电子电路等的输入端口所呈现的阻抗。

实质上是个等效阻抗。

只有确定了输入阻抗,才能进行阻抗匹配、

　　图中所示的输入阻抗分别为实部和虚部,在中心频率3Ｇ赫兹时,输入阻抗比较的理想,容易实现匹配、

5、方向图

方向图是方向性函数的图形表示,他能够形象描绘天线辐射特性随着空间方向坐标的变化关系、辐射特性有辐射强度、场强、相位和极化。

通常讨论在远场半径为常数的大球面上,天线辐射（或接收）的功率或者场强随位置方向坐标的变化规律,并分别称为功率方向图和场方向图。

天线方向图是在远场区确定的,因此又叫远场方向图。

　电场方向图:

由图能够看到,电场方向以Z轴为对称轴,在XOＹ平面上电场最强,且沿四周均匀辐射、但沿着Z轴方向电场强度特别弱。

磁场方向图:

磁场方向图在XOY平面上接近一个圆,尽管看上去有些误差、说明磁场在XOY平面上辐射较为均匀。

三维增益方向图:

这张图能够特别具体的看出半波偶极子天线沿着Z轴对称辐射的情况、

6、其他参数

利用ＨFＳS软件仿真还能够得到天线在该辐射表面上得最大辐射强度、方向性系数、最

大强度及其所在方向等参数。

图39扫描变量＄l得到的方向图

实验总结

通过本次HFSＳ　天线仿真实验,使我更加真实、贴切的了解天线的原理和用途、生活中我们能够见到各种奇形怪状的天线,却不知其意义何在。

在这次实验过程中,我不停的操作、翻阅资料、上网查阅文献,对天线仿真设计的各个环节有了一个较为清楚的认识,对天线的各种参数也有了具体的理解,这些东西对以后的相关学习和研究打下了基础。