HT型波导微波天线设计.docx

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HT型波导微波天线设计

仿真技术综合设计

班级：

通信13-3班

姓名：

王亚飞

学号：

1306030318

指导教师：

徐维

成绩：

电子与信息工程学院

信息与通信工程系

1设计概述

本课程设计所要分析的器件是图1.1所示的一个带有隔片的T形波导。

端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。

正对着端口1一侧的波导壁上凹进去一块，相当于放置了一个隔片，通过改变隔片的位置可以改变端口1到端口2和端口3的传输功率以及端口1的反射功率。

仿真实验的的目标是：

在工作频率为10GHz时，使端口3的输出功率是端口2输出功率的两倍。

图1.1T形波导

2T型波导设计步骤

2.1创建T型波导模型

2.1.1新建工程设置

1．运行HFSS并新建工程

启动HFSS软件。

HFSS启动后，会自动创建一个默认名称为Project1的新工程和名称为HFSSDesign1的新设计。

从主菜单栏选择命令【File】→【SaveAs】，把工程文件另存为Tee.hfss。

然后右键单击HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件HFSSDesign1重新命名为TeeModal。

2．选择求解类型

从主菜单栏选择【HFSS】→【SolutionType】，打开如图2.1所示的SolutionType对话框，选中DrivenModal单选按钮，单击OK按钮。

3．设置长度单位

从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】，打开如图2.1所示的SetModelUnits对话框，选择英寸（in）单位，单击OK按钮。

此时，设置了建模时的默认长度单位，即英寸。

图2.1设置求解类型和长度单位

2.2.2创建T形波导模型

T形波导模型可以分解开来，看做由3个相同大小的长方体叠加而成，这

里首先创建第一个长方体，并设置其材料属性和端口激励，然后通过复制操作命令创建第二和第三个长方体，最后通过合并操作命令创建完整的T形波导模型。

1.创建长方体

（1）从主菜单栏选择【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】，打开3DModelerOptions对话框，选择Drawing选项卡，确认选中EditPropertiesofnewprimitives复选框，然后单击OK按钮。

（2）从主菜单栏选择【Draw】→【Box】，或者单击工具栏的按钮，进入创建长方体模型的工作状态，移动鼠标光标到HFSS工作界面的右下角状态栏，在状态栏输入长方体的起始点坐标为（0，−0.45，0）。

按下回车键确认后，在状态栏输入长方体的长（dx）、宽（dy）、高（dz）分别为2、0.9、0.4。

再次按下回车键确认后，会弹出新建长方体的“属性”对话框，通过“属性”对话框可以设置和修改物体的位置、尺寸、名称、材料和透明度等属性。

这里选择Attribute选项卡，将长方体名称项（Name）改为Tee，长方体材料属性（Material）保持为真空（vacuum）属性不变；单击Transparent项的数值条，在弹出窗口中移动滑动条设置其值为0.4，以提高长方体的透明度。

图2.2创建好的长方体

2．设置波端口激励

（1）按F键切换到面选择状态，单击选中长方体上位于x=2处平行于yz面的平面，选中的平面会高亮显示。

（2）在三维模型窗口内单击右键，从弹出的快捷菜单中选择【AssignExcitation】→【WavePort】，打开波端口设置对话框，在Name项输入端口名称Port1，单击“下一步”按钮；在新窗口中单击打开IntegrationLine下方的下拉列表框，选择NewLine选项，设置端口的积分校准线，如图2.3所示。

图2.3设置端口的积分校准线

（3）选中并单击图2.3所示的NewLine后，进入端口积分线绘制状态。

此时移动鼠标

光标到前面所选中并高亮显示的平面下边缘的中间位置，即坐标（2，0，0）处，单击鼠标左

键，确定积分线的起始点；然后再移动鼠标光标到该平面上边缘的中间位置，即坐标（2，0，0.4）处，再次单击鼠标，确定积分线的终止点，完成积分线设置，如图2.4所示。

图2.4设置积分线的起始点和终止点

3．复制长方体

（1）从主菜单栏选择【Tools】→【Options】→【HFSSOptions】，打开HFSSOptions对话框，选择General选项卡，选中Duplicateboundarieswithgeometry复选框，然后单击“确定”按钮。

（2）依次复制长方体创建T形波导的第二个臂、第三个臂。

展开操作历史树，单击选择Tee节点，即可选中刚刚新建的名称为Tee的长方体，然后进行复制。

图2.5第一次复制后的模型图2.6第二次复制后的模型

4．合并长方体

（1）从主菜单栏选择【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】，打开3DModeler

Options对话框，选择Operation选项卡，确认Clonetoolobjectsbeforeunite复选框未被选中。

（2）单击键盘上的O键，切换到物体选择状态，单击物体选中第一个长方体Tee，接着

按下Ctrl键同时选中第二个长方体Tee_1和第三个长方体Tee_2，确保3个长方体都被选中之后，从主菜单栏选择【3DModeler】→【Boolean】→【Unite】命令，执行合并操作，将3个长方体合并生成一个如图2.7所示的T形物体模型，合并后的物体名称和属性与第一个被选中的物体相同。

图2.7合并好的长方体

5．创建隔片

（1）创建一个长方体。

从主菜单栏选择【Draw】→【Box】，进入新建长方体工作状态。

移动鼠标光标在三维模型窗口任选一个基准点，在xy面展开成长方形，单击确定；再沿着z轴移动鼠标光标展开成长方体，单击确定，完成后弹出“属性”对话框。

（2）设置长方体的位置和尺寸。

在“属性”对话框的Command选项卡界面，Position栏

输入“−0.45in，Offset-0.05in，0in”，设置长方体的起始点位置（注意：

此处Offset是个变量，由于尚未定义，所以数据输入时要带上单位in），按回车键确定，此时会弹出AddVariable对话框，要求设置变量Offset的初始值，在Value栏处输入“0in”，然后单击OK，返回“属性”对话框.在Xsize、Ysize和Zsize栏处分别输入0.45、0.1和0.4，设置长方体的长宽高尺寸。

然后，选择“属性”对话框的Attribute选项卡，在Name栏处输入长方体的名称Septum，单击”确定”完成。

此时，在T形波导内部添加了一个小长方体。

（3）相减操作。

展开操作历史树，首先选中Tee，按下Ctrl键的同时再选中Septum，

确认Tee和Septum都被选中，之后，从主菜单栏选择【3DModeler】→【Boolean】→【Subtract】命令或者单击工具栏的按钮，打开相减操作对话框。

确认对话框中Tee在BlankParts栏，Septum在ToolParts栏，表明是从模型Tee中去掉模型Septum。

单击按钮执行相减操作。

相减操作完成后，创建的完整的T形波导模型如图2.8所示。

图2.8创建好的隔片

2.2求解设置

在工作界面左侧的工程管理窗口（ProjectManager）中，展开TeeModal设计，选中Analysis节点，单击右键，在弹出的快捷菜单中单击【AddSolutionSetup…】，打开“求解设置”对话框。

在该对话框中，SolutionFrequency项输入10，默认单位为GHz，其他项都保持默认设置不变，如图2.9所示，单击“确定”结束。

此时，就在工程管理窗口Analysis节点下添加了一个名称为Setup1的求解设置项。

图2.9添加求解设置

3查看分析设计结果

1．添加参数扫描变量

选中工程树下的Optimetrics节点，单击右键，从弹出菜单栏中选择【Add】→

【Parametric】，打开SetupSweepAnalysis对话框，单击对话框的Add按钮，打开Add/EditSweep对话框；在Add/EditSweep对话框中，Variable项选择变量Offset作为扫描变量，扫描类型选择为LinearStep，Start、Stop、Step项分别输入0、1、0.1，单位为英寸（in），然后单击Add按钮，设置过程如图2.39所示。

单击OK按钮，回到SetupSweepAnalysis对话框。

选择Options选项卡，选中Savefieldandmesh复选框，这样可以保存每个求解变量的场分析结果。

2．定义输出变量

定义3个输出变量Power11、Power21和Power31，分别代表端口1、端口2和端口3的输入/输出功率。

可以通过选择SetupSweepAnalysis对话框的Calculations选项卡来设置。

3.1参数扫描和分析求解

上面的工作完成后，单击工具栏的按钮，检验设计的正确性。

检查没有错误后，就可以运行仿真计算了。

选中工程树Optimetrics节点下的ParametricSetup1项，单击右键，在弹出菜单中选择【Analyze】命令，运行仿真分析。

图2.10检验设计

3.2查看参数扫描结果

1.创建功率分配随变量Offset变化的关系图

（1）右键单击工程树中的Results项，从弹出菜单中选择【CreateModalSolutionData

Report】→【RectangularPlot】，打开如图2.11所示的对话框。

图2.11创建图形化结果

（2）在该对话框中，X项选择Offset；在Y栏下方的Category列选择OutputVariables，Quantity列通过按下Ctrl键同时选择Power11、Power21和Power31，Function列选择none。

（3）单击“NewReport”按钮，即可绘制出输出变量Power11、Power21、Power31与变量Offset的关系曲线报告，如图2.12所示。

图2.12输出变量随变量Offset变化的关系图

从图2.12的结果报告中可以看出，当变量Offset值逐渐变大，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，可以设置变量Offset优化范围的最大值为0.3英寸。

同时，从图2.12还可以看出，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，可以设置变量Offset的优化初始值为0.1英寸。

另外，变量Offset优化范围的最小值可以取0英寸。

2.动态演示场分布

图2.13动态演示场分布

4心得体会

本次对T型波导的设计是利用HFSS仿真软件做的，在仿真的过程中，会遇到很多问题，比如步骤中某一个参数、或者某一个步骤忘记设置了，就会导致仿真遇到错误，或者仿真结果不正确。

我在设计的时候，就因为这个原因导致仿真结果很不理想，最后重新进行的仿真，很耽误事。

这也说明了在设计中，一定要仔细认真，切不可大意，仿真设计对一些参数设置的要求非常高，对我们本人的心理素质也是一种考验，做设计要有一定的耐心、细心。

通过这次课程设计，让我接触到天线、射频仿真，让我产生了对射频学习的兴趣，接触了一个新的领域，在接下来的学习时光，我一定会往这方面努力的。