HT型波導(dǎo)-微波天線設(shè)計

1、仿真技術(shù)綜合設(shè)計H-T型波導(dǎo)仿真設(shè)計班 級： 通信13-3班 姓 名： 王亞飛 學(xué) 號： 1306030318 指導(dǎo)教師： 徐 維 成 績： 電子與信息工程學(xué)院 信息與通信工程系 目 錄1設(shè)計概述32 T型波導(dǎo)設(shè)計步驟32.1創(chuàng)建T型波導(dǎo)模型32.1.1 新建工程設(shè)置32.2.2 創(chuàng)建T 形波導(dǎo)模型42.2求解設(shè)置93查看分析設(shè)計結(jié)果103.1參數(shù)掃描和分析求解113.2查看參數(shù)掃描結(jié)果114心得體會131設(shè)計概述本課程設(shè)計所要分析的器件是圖1.1 所示的一個帶有隔片的T 形波導(dǎo)。端口1 是信號輸入端口，端口2 和端口3 是信號輸出端口。正對著端口1 一側(cè)的波導(dǎo)壁上凹進去一塊，相當(dāng)于放置了一個

2、隔片，通過改變隔片的位置可以改變端口1 到端口2 和端口3 的傳輸功率以及端口1 的反射功率。仿真實驗的的目標(biāo)是：在工作頻率為10GHz 時，使端口3 的輸出功率是端口2 輸出功率的兩倍。圖1.1 T形波導(dǎo)2 T型波導(dǎo)設(shè)計步驟2.1創(chuàng)建T型波導(dǎo)模型2.1.1 新建工程設(shè)置1運行HFSS 并新建工程啟動HFSS 軟件。HFSS 啟動后，會自動創(chuàng)建一個默認(rèn)名稱為Project1 的新工程和名稱為HFSSDesign1 的新設(shè)計。從主菜單欄選擇命令【File】【Save As】，把工程文件另存為Tee.hfss。然后右鍵單擊HFSSDesign1，從彈出菜單中選擇【Rename】命令項，把設(shè)計文件H

3、FSSDesign1 重新命名為TeeModal。2選擇求解類型從主菜單欄選擇【HFSS】【Solution Type】，打開如圖2.1 所示的Solution Type 對話框，選中Driven Modal 單選按鈕，單擊OK按鈕。3設(shè)置長度單位從主菜單欄選擇【Modeler】【Units】，打開如圖2.1 所示的Set Model Units 對話框，選擇英寸（in）單位，單擊OK按鈕。此時，設(shè)置了建模時的默認(rèn)長度單位，即英寸。圖2.1 設(shè)置求解類型和長度單位2.2.2 創(chuàng)建T 形波導(dǎo)模型T 形波導(dǎo)模型可以分解開來，看做由3 個相同大小的長方體疊加而成，這里首先創(chuàng)建第一個長方體，并設(shè)置其材

4、料屬性和端口激勵，然后通過復(fù)制操作命令創(chuàng)建第二和第三個長方體，最后通過合并操作命令創(chuàng)建完整的T 形波導(dǎo)模型。1.創(chuàng)建長方體（1）從主菜單欄選擇【Tools】【Options】【Modeler Options】，打開3D Modeler Options對話框，選擇Drawing 選項卡，確認(rèn)選中Edit Properties of new primitives 復(fù)選框，然后單擊OK按鈕。（2）從主菜單欄選擇【Draw】【Box】，或者單擊工具欄的按鈕，進入創(chuàng)建長方體模型的工作狀態(tài)，移動鼠標(biāo)光標(biāo)到HFSS 工作界面的右下角狀態(tài)欄，在狀態(tài)欄輸入長方體的起始點坐標(biāo)為（0，0.45，0）。按下回車鍵確認(rèn)

5、后，在狀態(tài)欄輸入長方體的長（dx）、寬（dy）、高（dz）分別為2、0.9、0.4。再次按下回車鍵確認(rèn)后，會彈出新建長方體的“屬性”對話框，通過“屬性”對話框可以設(shè)置和修改物體的位置、尺寸、名稱、材料和透明度等屬性。這里選擇Attribute 選項卡，將長方體名稱項（Name）改為Tee，長方體材料屬性（Material）保持為真空（vacuum）屬性不變；單擊Transparent 項的數(shù)值條，在彈出窗口中移動滑動條設(shè)置其值為0.4，以提高長方體的透明度。圖2.2創(chuàng)建好的長方體2設(shè)置波端口激勵（1）按F 鍵切換到面選擇狀態(tài)，單擊選中長方體上位于x = 2 處平行于yz 面的平面，選中的平面會

6、高亮顯示。（2）在三維模型窗口內(nèi)單擊右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇【Assign Excitation】【W(wǎng)ave Port】，打開波端口設(shè)置對話框，在Name 項輸入端口名稱Port1，單擊“下一步”按鈕；在新窗口中單擊打開Integration Line 下方的下拉列表框，選擇New Line 選項，設(shè)置端口的積分校準(zhǔn)線，如圖2.3所示。圖2.3設(shè)置端口的積分校準(zhǔn)線（3）選中并單擊圖2.3所示的New Line 后，進入端口積分線繪制狀態(tài)。此時移動鼠標(biāo)光標(biāo)到前面所選中并高亮顯示的平面下邊緣的中間位置，即坐標(biāo)（2，0，0）處，單擊鼠標(biāo)左鍵，確定積分線的起始點；然后再移動鼠標(biāo)光標(biāo)到該平面上邊緣的

7、中間位置，即坐標(biāo)（2，0，0.4）處，再次單擊鼠標(biāo)，確定積分線的終止點，完成積分線設(shè)置，如圖2.4 所示。圖2.4設(shè)置積分線的起始點和終止點3復(fù)制長方體（1）從主菜單欄選擇 【Tools】【Options】【HFSS Options】，打開HFSS Options 對話框，選擇General 選項卡， 選中Duplicate boundaries withgeometry 復(fù)選框，然后單擊“確定”按鈕。（2）依次復(fù)制長方體創(chuàng)建T 形波導(dǎo)的第二個臂、第三個臂。展開操作歷史樹，單擊選擇Tee 節(jié)點，即可選中剛剛新建的名稱為Tee 的長方體，然后進行復(fù)制。圖2.5第一次復(fù)制后的模型 圖2.6 第二次

8、復(fù)制后的模型4合并長方體（1）從主菜單欄選擇【Tools】【Options】【Modeler Options】，打開3D ModelerOptions 對話框，選擇Operation 選項卡，確認(rèn)Clone tool objects before unite 復(fù)選框未被選中。（2）單擊鍵盤上的O 鍵，切換到物體選擇狀態(tài)，單擊物體選中第一個長方體Tee，接著按下Ctrl 鍵同時選中第二個長方體Tee_1 和第三個長方體Tee_2，確保3 個長方體都被選中之后，從主菜單欄選擇【3D Modeler】【Boolean】【Unite】命令，執(zhí)行合并操作，將3 個長方體合并生成一個如圖2.7 所示的T

9、形物體模型，合并后的物體名稱和屬性與第一個被選中的物體相同。圖2.7 合并好的長方體5創(chuàng)建隔片（1）創(chuàng)建一個長方體。從主菜單欄選擇【Draw】【Box】，進入新建長方體工作狀態(tài)。移動鼠標(biāo)光標(biāo)在三維模型窗口任選一個基準(zhǔn)點，在xy 面展開成長方形，單擊確定；再沿著z 軸移動鼠標(biāo)光標(biāo)展開成長方體，單擊確定，完成后彈出“屬性”對話框。（2）設(shè)置長方體的位置和尺寸。在“屬性”對話框的Command 選項卡界面，Position 欄輸入“0.45in，Offset-0.05in，0in”，設(shè)置長方體的起始點位置（注意：此處Offset 是個變量，由于尚未定義，所以數(shù)據(jù)輸入時要帶上單位in），按回車鍵確定，

10、此時會彈出Add Variable 對話框，要求設(shè)置變量Offset 的初始值，在Value 欄處輸入“0in”，然后單擊OK，返回“屬性”對話框.在Xsize、Ysize 和Zsize 欄處分別輸入0.45、0.1 和0.4，設(shè)置長方體的長寬高尺寸。然后，選擇“屬性”對話框的Attribute 選項卡，在Name 欄處輸入長方體的名稱Septum，單擊”確定”完成。此時，在T 形波導(dǎo)內(nèi)部添加了一個小長方體。（3）相減操作。展開操作歷史樹，首先選中Tee，按下Ctrl 鍵的同時再選中Septum，確認(rèn)Tee 和Septum 都被選中，之后，從主菜單欄選擇【3D Modeler】【Boolean

11、】【Subtract】命令或者單擊工具欄的按鈕，打開相減操作對話框。確認(rèn)對話框中Tee 在Blank Parts 欄，Septum 在Tool Parts 欄，表明是從模型Tee中去掉模型Septum。單擊按鈕執(zhí)行相減操作。相減操作完成后，創(chuàng)建的完整的T 形波導(dǎo)模型如圖2.8所示。圖2.8 創(chuàng)建好的隔片2.2求解設(shè)置在工作界面左側(cè)的工程管理窗口（Project Manager）中，展開TeeModal 設(shè)計，選中Analysis 節(jié)點，單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中單擊【Add SolutionSetup】，打開“求解設(shè)置”對話框。在該對話框中，Solution Frequency 項輸入10，

12、默認(rèn)單位為GHz，其他項都保持默認(rèn)設(shè)置不變，如圖2.9所示，單擊“確定”結(jié)束。此時，就在工程管理窗口Analysis 節(jié)點下添加了一個名稱為Setup1 的求解設(shè)置項。圖2.9 添加求解設(shè)置3查看分析設(shè)計結(jié)果1添加參數(shù)掃描變量選中工程樹下的Optimetrics 節(jié)點，單擊右鍵，從彈出菜單欄中選擇【Add】【Parametric】，打開Setup Sweep Analysis 對話框，單擊對話框的Add按鈕，打開Add/EditSweep 對話框；在Add/Edit Sweep 對話框中，Variable 項選擇變量Offset 作為掃描變量，掃描類型選擇為Linear Step，Start、

13、Stop、Step 項分別輸入0、1、0.1，單位為英寸（in），然后單擊Add按鈕，設(shè)置過程如圖2.39 所示。單擊OK按鈕，回到Setup Sweep Analysis對話框。選擇Options 選項卡，選中Save field and mesh 復(fù)選框，這樣可以保存每個求解變量的場分析結(jié)果。2定義輸出變量定義 3 個輸出變量Power11、Power21 和Power31，分別代表端口1、端口2 和端口3的輸入/輸出功率?？梢酝ㄟ^選擇Setup Sweep Analysis 對話框的Calculations 選項卡來設(shè)置。3.1參數(shù)掃描和分析求解上面的工作完成后，單擊工具欄的按鈕，檢驗設(shè)

14、計的正確性。檢查沒有錯誤后，就可以運行仿真計算了。選中工程樹Optimetrics 節(jié)點下的ParametricSetup1 項，單擊右鍵，在彈出菜單中選擇【Analyze】命令，運行仿真分析。圖2.10 檢驗設(shè)計3.2查看參數(shù)掃描結(jié)果1.創(chuàng)建功率分配隨變量Offset 變化的關(guān)系圖（1）右鍵單擊工程樹中的Results 項，從彈出菜單中選擇【Create Modal Solution DataReport】【Rectangular Plot】，打開如圖2.11所示的對話框。圖2.11 創(chuàng)建圖形化結(jié)果（2） 在該對話框中，X 項選擇Offset；在Y 欄下方的Category 列選擇Outpu

15、t Variables，Quantity 列通過按下Ctrl 鍵同時選擇Power11、Power21 和Power31，F(xiàn)unction 列選擇none。（3）單擊“New Report”按鈕，即可繪制出輸出變量Power11、Power21、Power31 與變量Offset 的關(guān)系曲線報告，如圖2.12 所示。圖2.12輸出變量隨變量Offset 變化的關(guān)系圖從圖2.12 的結(jié)果報告中可以看出，當(dāng)變量Offset 值逐漸變大，即隔片位置向端口2 移動時，端口2 的輸出功率逐漸減小，端口3 的輸出功率逐漸變大；當(dāng)隔片位置超過0.3 英寸時，端口1 的反射明顯增大，端口3 的輸出功率開始減小。因此，在后面的優(yōu)化設(shè)計中，可以設(shè)置變量Offset 優(yōu)化范圍的最大值為0.3 英寸。同時，從圖2.12 還可以看出，在offset=0.1 英寸時，端口3 的輸出功率約為0.65，端口2 的輸出功率略大于0.3，此處端口3 的輸出功率約為端口2 輸出功率的兩倍。因此，在優(yōu)化設(shè)計時，可以設(shè)置變量Offset 的優(yōu)化初始值為0.1英寸。另外，變量Offset 優(yōu)化范圍的最小值可以取0 英寸。2. 動態(tài)演示場分布圖2.13 動態(tài)演示場分布4心得體會本次對T型波導(dǎo)的設(shè)計是利用HFSS仿真軟