微波技術(shù)與天線實驗4利用HFSS仿真分析矩形波導(dǎo)

..實驗3：利用HFSS仿真分析矩形波導(dǎo)實驗原理矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)〔如圖1,尺寸a×b,a>b,在矩形波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁波可分為TE模和TM模。圖1矩形波導(dǎo)TE模,。其中,=而是與激勵源有關(guān)的待定常數(shù)。TM模=0,由的邊界條件同樣可得無窮多個TM模。注意：對于和模,m,n不能同時為零,否則全部的場分量為零。和模具有相同的截止波數(shù)計算公式,即〔=〔=所以,它們的截止波長和截止頻率的計算公式也是一樣的,即〔=〔=〔=〔=對于給定的工作頻率或波長,只有滿足傳播條件〔>或<的模式才能在波導(dǎo)中傳播。由公式可以看出矩形波導(dǎo)的,不僅與波導(dǎo)的尺寸a,b有關(guān),還和模指數(shù)m,n有關(guān)。當(dāng)a,b一定時,隨著的改變,矩形波導(dǎo)可以多模傳播,也可以單模傳播,甚至也可以處于截止?fàn)顟B(tài)。以a=23mm,b=10mm的空心矩形波導(dǎo)為例,由截止頻率的計算公式,可以計算,,,所以波導(dǎo)單模工作的頻率范圍為6.562-13.123GHz。二、實驗步驟1、工程設(shè)置打開HFSS,出現(xiàn)新的工程窗口〔如圖1。圖1HFSS工程窗口設(shè)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OK。圖2設(shè)置求解類型SolutionType窗口設(shè)置模型單位毫米在菜單欄中點擊Modeler>Units,出現(xiàn)SetModelUnits窗口,選擇mm,點擊OK〔如圖3。圖3設(shè)置模型單位SetModelUnits窗口保存工程命名為waveguide點擊工具欄中的,將工程名字設(shè)為waveguide。2、畫波導(dǎo)點擊工具欄中的〔Drawbox畫矩形波導(dǎo)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(biāo)〔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。圖4畫長方體頂點坐標(biāo)與尺寸設(shè)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。圖5圖63、設(shè)置邊界條件〔1選擇波導(dǎo)的四個縱向面。通過Edit>select>faces,將鼠標(biāo)設(shè)置為選擇面的狀態(tài)〔如圖7。圖7selectfaces界面通過按鈕〔旋轉(zhuǎn)功能以及ctrl鍵實現(xiàn)選擇多個面,或者通過edit>select>byname〔如圖8,結(jié)合ctrl鍵選中face10、11、12、9〔如圖9。圖8selectbyname界面圖9selectface界面〔2將這四個面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界?？梢酝ㄟ^點擊HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE實現(xiàn),或者點擊鼠標(biāo)右鍵>AssignBoundary>PerfectE〔如圖10。圖10設(shè)置PerfectE邊界條件4、設(shè)置激勵源waveport〔1選中波導(dǎo)的一個端口面〔垂直于z軸的平面?！?點擊HFSS>Excitations>Assign>Waveport,或者點擊鼠標(biāo)右鍵>assignexcitation>waveport〔如圖11?！?另外一個端口面執(zhí)行同樣的操作。圖11設(shè)置waveport界面5、設(shè)置求解頻率〔1在菜單欄中點擊HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup〔2在求解設(shè)置窗口中,設(shè)置SolutionFrequency：13GHz,其它設(shè)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ProjectManager窗口中,選擇dipole>HFSSDesign1>FieldOverlays,點擊鼠標(biāo)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(dǎo)中電場強度幅度分布點擊HFSS>Results>Solut