微波天線軟件設計型實驗

下頁上頁魔T的設計與仿真B半波偶極子天線的仿真C微波技術軟件實驗矩形波導TE10的仿真A下頁上頁矩形波導TE10的仿真

實驗目的及內容HFSS軟件使用說明實驗原理目錄實驗仿真步驟下頁上頁熟悉HFSS軟件的使用；掌握導波場分析和求解方法，矩形波導的基本設計方法。利用HFSS軟件進行電磁場分析，掌握矩形波導

TE10模的場結構和管壁電流結構規(guī)律及特點。實驗目的實驗內容基于微波傳輸線的理論基礎，設計一個矩形波導。使用HFSS軟件建模波導結構，選取合適的參數(shù)，并對其參數(shù)進行優(yōu)化、仿真，得到波導場分布。根據(jù)軟件設計的結果和理論分析結果比較。

返回實驗原理下頁上頁返回波導TE10的場方程為：矩形波導

TE10模場結構特點：TE10模電場有唯一的分量Ey。不隨y變化、隨x呈正弦變化（兩端為零，中間最大；寬邊上有半個駐波）磁場有Hz、Hx兩個分量，均不隨y變化，故磁力線在xoy平面內為閉合曲線，軌跡為橢圓。Hx隨x呈正弦變化；Hz隨x呈余弦變化。二者在寬邊上均有半個駐波分布。電場、磁場以整個場型向z方向傳播。TE10模場分布動畫下頁上頁實驗步驟新建工程文件并設置模型單位：從主菜單選擇

Modeler>Units。將SetModelUnits對話框打開，選擇(mm)單位。創(chuàng)建波導模型利用菜單欄Draw>Box創(chuàng)建一個長方體。

設置激勵端口：在菜單中點擊Edit>Select>Faces選擇長方體的上表面，HFSS>Excitations>Assign>WavePort。

設置求解頻率。解設置窗口中做以下設置：SolutionFrequency:3GHz；MaximunNumberofPasses:6；MaximunDeltaSperPass:0.02。

4.設計檢查和運行仿真計算單擊3Dtoolbar中的圖標，來檢查設計的完整性和正確性。再從主菜單欄中選中HFSS-AnalyzeAll或者單擊工具欄中的來進行求解。操作演示操作演示操作演示操作演示操作演示下頁上頁5.HFSS的數(shù)據(jù)后處理操作場方向圖在菜單欄點擊HFSS>Field>PlotField>Mag_E。在創(chuàng)建場圖的窗口做以下設置：Solution:Setup1:LastAdptive；Quantity:Mag_E:InVolume:All。修改場點的顯示特性，選擇EField。便可將波導中的電場幅度以云圖的形式繪制出來。

返回操作演示矩形波導磁場分布矩形波導表面電流分布下頁上頁魔T的設計與仿真

實驗目的及內容實驗原理目錄HFSS軟件使用說明實驗仿真步驟下頁上頁學習設計波導分支器的方法；掌握魔T的設計方法及其S參數(shù)及場分布圖的分析。掌握HFSS軟件，加強對相關知識的理解，提高在射頻領域的應用能力。

實驗目的實驗內容基于微波元器件的理論基礎，設計一個魔T查看魔Ｔ放入S參數(shù)并分析場分布圖。

返回123（E）4（H）調匹配的裝置任何端口都與外接傳輸線相匹配；3、4匹配之后，1、2自動匹配；3、4臂相互隔離；1、2臂相互隔離；3輸入：1、2等幅、反相輸出，4無輸出；4輸入：1、2等幅、同相輸出，3無輸出；1、2均有輸入：3輸出差信號，4輸出和信號；魔T的主要特性：下頁上頁魔T的散射矩陣實驗原理返回魔T的形成下頁上頁實驗步驟建立工程文件：在菜單欄

Tool>Options>HFSSOptions

中將DuplicateBoundarieswithgeometry復選框選中，這樣使得在復制模型時，所設置的邊界一起復制。設置模型單位：從主菜單選擇命令

Modeler>Units。將SetModelUnits對話框打開，選擇(mm)單位。設置模型的默認材料：在工具欄中設置模型的默認材料為真空。下頁上頁4.創(chuàng)建魔T模型利用菜單欄Draw>Box創(chuàng)建魔T的臂arm_1。設置激勵端口：在菜單中點擊Edit>Select>Faces選擇arm_1的上表面，HFSS>Excitations>Assign>WavePort。利用旋轉的方式創(chuàng)建其它臂arm_2，arm_3，arm_4將所有的arm組合成為一個模型，即魔T創(chuàng)建完成。

在HFSS軟件下建立的魔T模型圖操作演示操作演示操作演示下頁上頁設置求解頻率即掃頻范圍

設置掃頻。在掃頻窗口中做以下設置：

SweepType:Fast；FrequencySetupType:LinearCount；Start:3.4GHz；Stop:4GHz；Count:1001；然后將SaveField復選框選中。

6.設計檢查和運行仿真計算設置求解頻率。解設置窗口中做以下設置：

SolutionFrequency:4GHz；MaximunNumberofPasses:5；MaximunDeltaSperPass:0.02。

完成模型的創(chuàng)建及求解設置后，再從主菜單中選擇HFSS-ValidationCheck，或者點擊3Dtoolbar中的圖標，來檢查設計的完整性和正確性。操作演示下頁上頁7.HFSS的數(shù)據(jù)后處理操作S參數(shù)（反射系數(shù)）在仿真計算結束后，查看魔T的S參數(shù)，包括S11、S12、S13和S14。點擊菜單欄HFSS>Result>CreateReport。選擇：ReportType:ModalSParameters；DisplayType:Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1；Domain:Sweep點擊Y標簽，選擇：Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)，S(p1,p2)，S(p1,p3)，S(p1,p4)；Function:dB，然后點擊AddTrace按鈕。最后點擊Done按鈕完成操作。場方向圖在菜單欄點擊HFSS>Field>PlotField>Mag_E。在創(chuàng)建場圖的窗口做以下設置：Solution:Setup1:LastAdptive；Quantity:Mag_E:InVolume:All。修改場點的顯示特性，選擇EField。便可將魔T中的電場幅度以云圖的形式繪制出來。

操作演示返回下頁上頁半波偶極子天線的仿真

實驗目的及內容實驗原理實驗仿真步驟HFSS軟件使用說明目錄下頁上頁熟悉HFSS軟件分析和設計天線的基本方法及具體操作；通過仿真設計了解半波振子天線的結構和工作原理；通過仿真設計掌握天線的回波損耗、方向圖等基本參數(shù)；通過對半波偶極子天線的仿真，學會對其他類型天線仿真的方法。實驗目的實驗內容設計一個中心頻率為3GHz的半波振子天線基本結構。使用HFSS軟件建模，并選取合適的參數(shù)，對其參數(shù)進行優(yōu)化仿真。返回上式中，Im

為電流駐波的波腹電流。利用電流元的遠區(qū)場公式即可直接計算對稱天線的輻射場。LLdzyxIm下頁上頁實驗原理如右圖所示，對稱振子是中間饋電，其兩臂為由兩段等長導線構成的振子天線。一臂的導線半徑為

a，長度為

l。兩臂之間的間隙很小，理論上可以忽略不計，所以振子總長度

L=2l。對稱振子的長度與波長相比擬，本身已可以構成實用天線。天線上的電流可以近似的認為是按正弦律分布。取右圖的坐標，并忽略振子損耗，則其電流分布可以表示為：已知電流元產(chǎn)生的遠區(qū)電場強度為：由于，可以認為組成對稱天線的每個電流元對于觀察點P的指向相同，各個電流元在P

點產(chǎn)生的遠區(qū)電場方向也相同，合成電場為各個電流元遠區(qū)電場的標量和，即：zyxPrdz'z'z'cosr'下頁上頁由于，可以認為。若周圍為理想介質，則遠區(qū)輻射電場為：方向性因子為：返回偶極子天線輻射場隨長度

L

的變化下頁上頁實驗步驟定義設置變量：設置求解類型為DrivenModel類型，并設置長度單位為毫米。創(chuàng)建偶極子天線模型：首先沿Z軸方向創(chuàng)建一個細圓柱體模型作為偶極子天線的一個臂，偶極子天線的另外一個臂則通過坐標軸復制來實現(xiàn)，建立的天線模型如下圖如示。偶極子天線的模型圖下頁上頁半波偶極子天線由中心位置饋電，在偶極子天線的中心位置處創(chuàng)建一個平行于YZ平面的矩形面作為激勵端口平面，并設置端口平面的激勵方式為集總端口激勵。

設置端口激勵要在HFSS中計算分析天線的輻射場，則必須設置輻射邊界條件：創(chuàng)建一個沿Z軸放置的圓柱模型，材質為空氣。把圓柱體的表面設置為輻射邊界條件。設置輻射邊界條件下頁上頁外加激勵求解設置求解頻率和網(wǎng)絡剖分設置：因為分析的半波偶極子天線的中心頻率在3GHz左右，所以設置求解頻率為3GHz。自適應網(wǎng)格剖分的最大迭代次數(shù)為20，收斂誤差為0.02。如下圖：

掃頻設置：掃頻類型選擇快速掃頻，掃頻范圍為2.5~3.5GHz，掃頻步長為0.001GHz。如上圖示。下頁上頁天線問題的數(shù)據(jù)后處理天線的輸入阻抗：點擊Results>CreateReports

。彈出的對話框如右圖及下圖所示：

頻域參數(shù)輸出的對話框點擊右圖對話框中的Done按鈕便可以得到偶極子天線的輸入阻抗隨頻率變化曲線圖。用同樣的方法還能得到天線回波損耗及電壓駐波比。所有結果見下頁。下頁上頁偶極子天線的輸入阻抗天線的回波損耗曲線下頁上頁天線的方向圖：在projectmanager窗口選擇InsertFarFieldSetup

>InfiniteSphere

。彈出的對話框如下圖所示：H面方向圖參數(shù)設置E面方向圖參數(shù)設置下頁上頁若要得到天線的3D方向圖，則只需改變前面對話框中的phi和Theta的參數(shù)即可，如下圖：返回結束放映實驗A

矩形波導TE10的仿真操作演示下一步上一步返回下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步步驟1返回下一步下一步上一步返回下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步步驟2返回下一步返回下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步返回步驟3下一步下一步上一步返回下一步上一步步驟4下一步返回下一步上一步下一步上一步下一步上一步步驟5下一步返回下一步上一步返回下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步步驟6返回下一步實驗C

魔T的設計與仿真操作演示下一步上一步1、創(chuàng)建魔T的臂arm_1下一步上一步下一步上一步上一步返回步驟42、設置激勵端口下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步下一步上一步步驟4下一步返回3、利用旋