計算電磁學-第二次實驗報告

1、CST MWS 信息工程 05111232 本科實驗報告實驗名稱： 拐彎及變形圓波導的設(shè)計 課程名稱：計算電磁學基礎(chǔ)實驗時間：517任課教師：何芒實驗地點：#4-440實驗教師：何芒實驗類型： 原理驗證 綜合設(shè)計 自主創(chuàng)新學生姓名：徐夢婷；楊家文；袁豈凡學號/班級：1120121298112012130112012130/05111232組 號：學 院：信息與電子學院同組搭檔：專 業(yè)：信息工程成 績：拐彎及變形圓波導的設(shè)計一、 實驗原理TEM模由輸入同軸波導饋入，通過90°同軸波導轉(zhuǎn)換部分后，接輸出同軸波導過渡段，最后由輸出同軸波導輸出，實現(xiàn)同軸波導的90°轉(zhuǎn)彎；由兩個同軸

2、轉(zhuǎn)彎波導可以實現(xiàn)180°的同軸波導轉(zhuǎn)彎。在90°同軸波導轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，由于同軸波導輸入的TEM模將形成高階模式，為了使輸出口同軸波導為TEM模式，需要同軸波導過渡段在一定的長度內(nèi)滿足單模傳輸條件。輸入口同軸波導和輸出口同軸波導的內(nèi)外導體大小可以通過阻抗變換來定制，因此，通過同軸轉(zhuǎn)彎波導可以實現(xiàn)不同大小的同軸波導的轉(zhuǎn)彎和連接。本題采用了轉(zhuǎn)彎波導以及變形波導的設(shè)計，探討變形對波導傳輸結(jié)果的影響。二、 設(shè)計任務(wù)和技術(shù)指標采用BY48波導，波導內(nèi)截面（直徑44.45mm），空間形狀如下圖所示，其中兩端波導長60mm，拐彎90度，半徑可以自定，波導橫截面變大或縮小的角度為15度，長度為

3、90mm，中間最寬處長度為30mm。形狀盡量如下圖所示：1. 利用CST軟件按照圖示建模。2. 設(shè)置相關(guān)參數(shù)，對模型求解。1D：端口信號、S參數(shù)、駐波、特性參數(shù)。2D/3D：端口模式、電場分布、表面電流、特性參數(shù)。3. 總結(jié)并撰寫實驗報告。三、 設(shè)計流程及步驟1. 建模建立模板：啟動MWS ，首先見到“ 歡迎” 窗口，選中“ Creat a new project”，點擊“ OK” 確認。選擇Waveguide Coupler模板并確認。設(shè)置工作平面：（Edit->Working Plane Properties），將“捕捉間距”改為1。設(shè)置單位：（Solve->Units） ，將

4、Dimensions單位改為cm。設(shè)置背景材料（Solve->Background Material） ，由于默認PEC，此處不作變動。創(chuàng)建第一個圓柱體：選擇基本形體中的圓柱體（Objects->Basic Shapes->cylinder）。鼠標第一次單擊確定圓心，第二次確定底面半徑，第三次確定柱體長度。在彈出窗口中定于物體名，點擊OK即創(chuàng)建成功。設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸：點擊邊線工具（Objects->Pick->Edge from Coordinates）。按Tab鍵，彈出窗口，依次輸入3，4，確定。再按Tab鍵，彈出窗口，依次輸入3，-4，確定。再次彈出窗口，直接確定。

5、（此處數(shù)值依圓柱具體坐標而定。）選取端面：點擊選面工具（Objects->Pick->Pick Edge）雙擊長方體的底端面，將其選上。生成旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：點擊旋轉(zhuǎn)工具（Objects->Rotate）輸入角度90°，命名，確定。再次調(diào)整視角，選取物體bend的外端面。點擊拉伸工具：（Objects->Extrude）輸入拉伸高度10，命名，確定。此處拉伸高度5-15均可，為使運行速度加快，并使拉伸相對明顯，此處選取拉伸高度為10。 按題目所給條件，再延長15mm。 再將各部分合為一體，選定對稱面，利用鏡面復制，得到完整模型。至此，整個建模工作完成。2. 求解設(shè)置頻

6、率范圍：（Solve->Frequency）為保證精度，最高頻率一般應(yīng)該設(shè)為工作頻率的1.3倍。此模型是6.23*1.3=8.099，故將上頻（Fmax）和下頻（Fmin ）分別設(shè)置為8.5、4。設(shè)置邊界條件：（Solve->Boundary Conditions ），因模板設(shè)定所有的邊界都是電邊界（electric），相當于周圍都是PEC金屬壁，故此處不做變動。設(shè)置對稱面：（Solve->Boundary Conditions ->Symmetry Planes）因為電力線都垂直于XZ平面，XZ平面相當于電壁，故可以在XZ平面設(shè)置電壁（electric(Et=0)以降

7、低一半的網(wǎng)格數(shù)目。設(shè)置波導端口：（Solve->Waveguide Ports ）選中端口的面，點擊；同理再選中另一面端口。彈出窗口直接確認。設(shè)置求解器：（Solve->Transient Solver）直接保持原有設(shè)置，開始求解（Start solver）。四、 測量結(jié)果及分析1. 端口信號雙擊NT的1D Results，將其展開，點擊Port signals，在主視圖可看到端口信號圖。2. S參數(shù)S1,1S1,2S2,1S2,23. Energy4. E fieldNT->2D/3D Results ->E-Field->e-filed，可觀察電場分布（觀察磁場分布同理）。5. H field五、 實驗心得在本次實驗中，我們利用CST_NWS軟件實現(xiàn)了拐彎及變形圓波導的模擬及仿真，對在微波技術(shù)基礎(chǔ)中學到的波導結(jié)構(gòu)進行了更深層次的探討，讓我們可以將理論與實際相結(jié)合，對微波中的波導結(jié)構(gòu)有了更全面的了解。在實驗中我們了解到，CST MWS微波工作室除了主要的時域求解器模塊外，還為某些特殊應(yīng)用提供本征模