微波专业技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导.docx

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微波专业技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导

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　　　　

一、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。

二、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。

图１矩形波导

1）TE模,

。

其中，

=

而

是与激励源有关的待定常数。

2）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。

三、实验步骤

1、工程设置

打开HFSＳ，出现新的工程窗口（如图2）。

图2HＦSＳ工程窗口

（1）设置求解类型DriveｎModａl（模式激励）。

在菜单中点击HFSS＞SolutionTｙpe,出现Solutｉon　Tyｐe窗口，选择ＤriｖeｎModal（如图3），点击ＯＫ。

图3设置求解类型ＳoluｔionTyｐe窗口

（2）设置模型单位毫米

在菜单栏中点击Mｏｄeｌer＞Unｉts,出现SetModｅlUnits窗口，选择ｍm,点击OＫ（如图4）。

图4设置模型单位SeｔModｅl　Ｕnitｓ窗口

（3）保存工程命名为ｗａvegｕide

点击工具栏中的

，将工程名字设为wａvegｕide。

２、画长方体,材料为真空,名字为wａvｇuidｅ

（１）画长方体

点击工具栏中的

（Ｄrawbox）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

在屏幕中间模型列表中的Box1为画出的长方体（如图），双击Box1，出现Ｐrｏpoties:

Proｊect1窗口,将Name一栏的vaｌｕe由Box1改为wａveguiｄe。

3、设置边界条件

（1）选择波导的四个纵向面。

通过Ｅdit>sｅlect>faceｓ,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edｉｔ＞seｌecｔ＞bynaｍｅ（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ＨFＳS>Ｂouｎdaｒies>Asｓiｇn>ＰerｆectE实现,或者点击鼠标右键＞AｓsignBoｕndaｒy>Pｅrfeｃt　E（如图5）。

图2　seｌecｔfaｃｅs界面

图3　ｓeｌect　bｙname界面

图4sｅlectfaｃe界面

图５设置ＰerfeｃtE边界条件

4、设置激励源waveport

（1）选中波导的一个端口面（垂直于ｚ轴的平面）。

（2）点击HFSＳ＞Excitaｔiｏns>Ａｓsign>Ｗaｖｅport，或者点击鼠标右键>asｓｉgnｅｘcitａtiｏn＞ｗavepｏrt（如图6）。

（3）另外一个端口面执行同样的操作。

图６设置wａveｐort界面

5、设置求解频率

（１）在菜单栏中点击HFSS>AｎalyｓｉsSetup>AddSolutionSetuｐ

（2）在求解设置窗口中,设置Solution　Fｒeqｕeｎcy:

13Ghｚ,其它设为默认值

6、计算及后处理

在菜单栏中点击ＨFＳS＞Anaｌyzeall

9）画场分布图

在菜单栏中点击HＦSS>Fields>PlotFｉeｌds>E，画出电场强度的幅度分布（如图７）。

在PrｏjeｃtManageｒ窗口中，选择dｉpｏlｅ＞HFSSＤｅｓｉgn1>FｉeｌdＯｖerlａyｓ，点击鼠标右键＞Anｉmate>OK，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HFSＳ>Results>SoｌutiｏnData（如图8），在ＭatrｉxDatａ项中可以查看S参数以及传播常数Gaｍma等参数（如图9）。

图８查看ｓｏlutiｏｎｄaｔａ界面

图９　Ｓ参数及Gａmmａ