微波技術(shù)天線試驗2利用HFSS仿真分析矩形波導

1、實驗3:利用HFS的真分析矩形波導一、實驗原理矩形波導的2構(gòu)（如圖1）,尺寸a>t,a>b,在矩形波導內(nèi)傳播的電磁波可分為TE模和TM模。1） TE模，Ez=0m二xn二y_zHz=Hmncoscos-eabjn二m二x.n二y_zEx-i_2.HmnCOSsin.ekcbabj"m二，,m二xn二y一訖Ev:-2,HmnsincoseykcaabcHxm二kcacHmnsinm二xn二cosab一，n二一m二x.n二y_zHv=fHmncossiney2kcbabc其中，kc=Jjm-J+1匚22而Hmn是與激勵源有關(guān)的待定常數(shù)。2） TM模Hz=0,由Ez的邊界條件同

2、樣可得無窮多個TMf。注意：對于TMmn和TEmn模，m,n不能同時為零，否則全部的場分量為零TMmn和TEmn模具有相同的截止波數(shù)計算公式，即所以，它們的截止波長兒c和截止頻率f0的計算公式也是一樣的，即ccC(TMmn)=*'C(TEmn)=mJfc(TMmn)=fc(TEmn)=m-+n2ab對于給定的工作頻率或波長，只有滿足傳播條件（f>fc或<<九c）的模式C才能在波導中傳播。由公式可以看出矩形波導的fc,九不僅與波導的尺寸a,b有關(guān)，還和模指數(shù)m,n有關(guān)。當a,b一定時，隨著f的改變，矩形波導可以多模傳播，也可以單模傳播，甚至也可以處于截止狀態(tài)。以a=23

3、mmb=10mm的空心矩形波導為例，由截止頻率的計算公式fc=m）2+（口）2,可以計算fcTiE=6.52GHz,fcTE20=13.04GHz,2L；，abfcTE01=15GHz,所以波導單模工作的頻率范圍為6.562-13.123GHz、實驗步驟1、工程設置打開HFSS出現(xiàn)新的工程窗口（如圖1）Project1Modeler菜單欄強勵工程管理窗口kCDnrdiiiHl#?!nne515sts-苗HF£E叱門cnI'm-lvenlMda）Project1-HFSSDesiEnlEIFSSDesiffnl-Modelerl«hgr占tLx%ResLiLtsX.國

4、F的tPisldDiipL%PieLdm$RidliticnIBel5Jil1:5oou占心信息管理昔口進程窗口Knthjjnf!isismlBctrd圖1HFSS工程窗口（1）設置求解類型DrivenModal（模式激勵）。在菜單中點擊HFSS>SolutionType,出現(xiàn)SolutionType窗口，選擇DrivenModal（如圖2）,點擊OKSolutionType:Projectl-HF*.工DrivenMadai"DrivenTerminalCEigenmade圖2設置求解類型SolutionType窗口（2）設置模型單位毫米在菜單欄中點擊Modeler>U

5、nits,擊OK（如圖3）。出現(xiàn)SetModelUnits窗口，選擇mm點SetModelUnitsSelectunits:RsscalelonewunitsOKCancel圖3設置模型單位SetModelUnits窗口（3）保存工程命名為waveguide點擊工具欄中的國,將工程名字設為waveguideo2、畫波導點擊工具欄中的0（Drawbox）畫矩形波導的長方體模型，在屏幕右下角出現(xiàn)長方體頂點信息，輸入頂點坐標（0,0,0）,按回車鍵；屏幕右下角出現(xiàn)長方體尺寸信息，輸入（23,10,50）（如圖4）,按回車鍵結(jié)束畫圖過程。X:0¥:I。Z:|。|Ab5dj|Cart.mmdX

6、:23而一10dZ:|50|ReIa|CartegTI|mn圖4畫長方體頂點坐標與尺寸設置在屏幕中間模型列表中的Box1為畫出的長方體（如圖5）,雙擊Box1,出現(xiàn)Propoties:Project1窗口，將Name一欄的value由Box1改為waveguide（如圖6）。AnsoftHFSSProjectLIIFSSUesLEnl3DModelerFrojectl-IIFSSDesi.|ffX二EiLcEditViewErnjcctDrafHedrierUPSSloolsWindHelp-*x|DQ電B昌XEi國-Ejf回審舊門&CWE©屈電031的日/心0口=隔I陶電i

7、啟。a阡三I3三II6字'，。吧I尊營存國券1口口口。占110©ra|囿志I植Projed:Man叫丁國T?ri&j<ed*廿曲KF3即“iplOriTNUdU”Firu”uE|由opsEsAULbct.|-$Solids-工CoordinateSystens,Global+9Planes+樹Lists+|D«f3HLI：L4IU3、設置邊界條件（1）選擇波導的四個縱向面。通過EdQselect>faces,將鼠標設置為選擇面的狀態(tài)（如圖7）。IEileEditKiewRrojectCrawK.odelerHFSSloalsJSindcwHelp

8、?EHf.OOQ+巳tOAQ0=回網(wǎng)iJlodlel,j國L】圖。匕%Ctrl+VrafuctTArrangeQuplieateEastDaleg目obalMessag.esectfa-ce%:%reelMertawt門RenameCopyImageLeft-alt+shiftIscurrentIjfi:RlanffjaEeBItIsalsousedInscwillchnaycausethe1anaiSelectAllViableCtrl+ASelectAllSelectSelectbyAreaFilter.通過按鈕圖7selectfaces界面（旋轉(zhuǎn)功能）以及ctrledit>sele

9、ct>byname（如圖8）,結(jié)合ctrl鍵實現(xiàn)選擇多個面，或者通過鍵選中face10、11、12、9（如圖9）EditViey?Erojectjjrav?fflodelerHFSSToolsHindooHelp®RastuRenanieCopyImageiiSelectAllVisibleCtrl4-ASelectAllSelect丁SelectbyAreaFilter.DeselectAllCtr1+Shift4AArrangeDuplicateScaleCtrl+VItFEALLAllAllSuieEQbjectFacesQbjicctEdassEaaeEdges回3二必

10、：回Qk區(qū)OQo尚1©B0vLGxiuaiIlMo-delQbjectsEacesEdgesVerticeslulti<&ByName.«*jlobciL-NessagesLeft-alt+sliiftiscurrentlyillanguage.It1salsousedIns<瞥hlch*aycausetheinputlangtSelectSelectSelectConnectedVerticesConnectedEgguaConn.ectedFa£es,n-amefiriHSelectFaceChaiQ圖8selectbyname界面圖9se

11、lectface界面(2)將這四個面設置為理想導體邊界?？梢酝ㄟ^點擊HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE實現(xiàn)，或者點擊鼠標右鍵>AssignBoundary>PerfectE(如圖10)。SelectEdgesEPerfectE.PerfectH-SelectVerticesFiniteConductivity,.SelectMultiNextBehindBAllObjectFacesInrpedance-u11LayeredImpedance.Eadiation.BBSyraroetry,串串JlaEtrruBuLuinpedRLC-b

12、bScrEgJiing：ImpedancE：PULSetupWizardsBBthesystemtotogglethginputIonsofthisapplication,changeunexpectedly.AssignBoundaryAssignEicitatiqriAssignMeshOper-atianMeasure*工iM'Slave.PlotFields口魏金.ij1AnsofiCopyImage圖10設置PerfectE邊界條件4、設置激勵源waveport(1)選中波導的一個端口面(垂直于z軸的平面)。(2)點擊HFSS>Excitations>Assign

13、>Waveport,或者點擊鼠標右鍵>assignexcitation>waveport(如圖11)。(3)另外一個端口面執(zhí)行同樣的操作。SeiectQb無。IsSeiectFaces0FSelectEdgesESelectVerticesVSeIectMultiMNeatBehindAllQbjectFacesE.3CESQnFlari£BMeasure卜出UREditittotoggletheiriputhisapplicationeapectedly-AssignBaundaryAssignExcitationAssignMeshOperationHavePo

14、rt.LuinpedPort.,rFloquetPort.TermlnaLB»IncidentWaveVoltage-.KCurrent.-tMagneticBias.圖11設置waveport界面5、設置求解頻率（1）在菜單欄中點擊HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup（2）在求解設置窗口中，設置SolutionFrequency:13GHz其它設為默認值6、計算及后處理在菜單欄中點擊HFSS>Analyzeall在菜單欄中點擊HFSS>Fields>PlotFields>E，畫出電場強度的幅度分布（如圖12）。在

15、ProjectManager窗口中，選擇dipole>HFSSDesign1>FieldOverlays,點擊鼠標右鍵>Animate>OK可以演示電場強度幅度隨著時間變化情況，觀察理解電磁波從端口1向端口2傳播的過程。圖12波導中電場強度幅度分布點擊HFSS>Results>SolutionData（如圖13）,在MatrixData項中可以查看S參數(shù)以及彳播常數(shù)Gamm等參數(shù)（如圖14）。HFSSToolsWindowHelpISoliationlypu；固List*國u蛭ValidationCheck.0AnalyzeAllJ=lEditNotes*rs3DdodelEditorSetObjectTeniperatureh.DesignSettingEx.»BoundariesExcitationsleshOperationsAnalysisSetuipOptimetricsAnalysisFieldsRadiationEesultsBoundaryDisplay(SolverView)ExportTransferFilefor6NSYS.DesignEroperties.DesignDatasets.CreateModalSclutionDataRepcrC