微波技術(shù)與天線實驗3利用HFSS仿真分析波導(dǎo)膜片

1、 . . . HFSS仿真分析波導(dǎo)膜片1. 實驗原理矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)（如圖1），尺寸ab, ab，在矩形波導(dǎo)傳播的電磁波可分為TE模和TM模。圖1 矩形波導(dǎo)1） TE模，。其中，=而是與激勵源有關(guān)的待定常數(shù)。2） 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。和模具有一樣的截止波數(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Solution Type，在彈出的Solution Type窗口中選擇Driven Modal,點擊OK2）

2、 設(shè)置模型單位在菜單欄中點擊ModelerUnits,設(shè)置模型單位，選擇mm3）畫波導(dǎo)（1）在菜單欄中點擊Drawbox（2）在右下角的坐標(biāo)欄中輸入長方體的起始點位置坐標(biāo)X=0 ，Y=0 ,Z=0 （3）輸入長方體X,Y,Z三個方向尺寸，dX:23，dY:10，dZ:50（4）在屬性窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，該長方體的名字修改為waveguide4）設(shè)置邊界條件（1）選擇波導(dǎo)的四個縱向面。通過Editselectfaces,將鼠標(biāo)設(shè)置為選擇面的狀態(tài)（如圖2）；通過按鈕（旋轉(zhuǎn)功能）以與ctrl鍵實現(xiàn)選擇多個面，或者通過editselectby name（如圖3），結(jié)合ctrl鍵選中fac

3、e10、11、12、9（如圖4）。（2）將這四個面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界?？梢酝ㄟ^點擊HFSSBoundariesAssign Perfect E實現(xiàn)，或者點擊鼠標(biāo)右鍵Assign Boundary Perfect E（如圖5）。圖2 select faces界面圖3 select by name界面圖4 select face界面圖5 設(shè)置Perfect E邊界條件5）設(shè)置激勵源wave port（1）選中波導(dǎo)的一個端口面（垂直于z軸的平面）；（2）點擊HFSSExcitationsAssignWave port，或者點擊鼠標(biāo)右鍵assign excitationwave port（如圖6）。（

4、3）另外一個端口面執(zhí)行同樣的操作。圖6 設(shè)置wave port界面6）設(shè)置求解頻率（1）在菜單欄中點擊HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup（2）在求解設(shè)置窗口中，設(shè)置Solution Frequency：13Ghz。7）保存工程 在菜單欄中點擊FileSave as8）求解該工程在菜單欄中點擊HFSSAnalyze all9）畫場分布圖在菜單欄中點擊HFSSFieldsPlot FieldsE，電場幅度分布（如圖7）。圖7 波導(dǎo)中電場強(qiáng)度幅度分布10）觀察數(shù)據(jù)結(jié)果點擊HFSSResultsSolution Data（如圖8），在Matrix Data項中可以

5、查看S參數(shù)以與Gamma等參數(shù)。圖8 查看solution data界面HFSS仿真波導(dǎo)容性膜片畫波導(dǎo)：box類型，定點坐標(biāo)（0,0,0），尺寸（23mm,10mm,50mm）畫膜片1 （1）在菜單欄中點擊DrawRectangle（2）在右下角的坐標(biāo)欄中輸入長方體的起始點位置坐標(biāo)X=23，Y=0，Z=10。（3）輸入長方體X,Y,Z三個方向尺寸，dX:-23，dY:2.5。（4）名字改為iris1。畫膜片2（1）在菜單欄中點擊DrawRectangle（2）在右下角的坐標(biāo)欄中輸入長方體的起始點位置坐標(biāo)X=23 ，Y=10 ,Z=10 （3）輸入長方體X,Y,Z三個方向尺寸，dX:-23，dY

6、:-2.5（4）名字改為iris2。設(shè)置顏色透明度的方法以waveguide為例，雙擊waveguide，點擊Transparent右側(cè)的欄目，通過拖動比例值調(diào)整顏色的透明度（如圖9）。圖9 調(diào)整顏色的透明度畫完的波導(dǎo)膜片如圖10。設(shè)置邊界條件（1）選中波導(dǎo)的四個長側(cè)面設(shè)置為理想導(dǎo)體perfect E。（2）選中iris1，設(shè)置為理想導(dǎo)體（點擊HFSSBoundariesAssign Perfect E）。（3）選中iris2， 設(shè)置為理想導(dǎo)體。設(shè)置激勵源（1） 選擇波導(dǎo)的上面端口設(shè)置為wave port （1）選擇波導(dǎo)的下面端口設(shè)置為wave port設(shè)置求解條件HFSSanalysis s

7、etup中，將頻率設(shè)置為13GHz。點擊進(jìn)行計算。圖10 波導(dǎo)膜片畫膜片上的電流矢量圖(1) 先將waveguide隱藏只顯示兩個膜片。點擊工具，將visibility下的一列waveguide的除掉（如圖11）。圖11 隱藏waveguide(2) 畫場分布圖同時選中iris1與iris2，點擊鼠標(biāo)右鍵Plot FieldsJVector_Jsurf，出現(xiàn)如圖12界面，點擊Done，電流矢量圖如圖13。 圖12 畫電流矢量圖13 電流矢量分布圖 (3) 演示場分布動態(tài)圖右鍵點擊Field OverlaysAnimate（如圖13），其它項為缺省值。圖13 選擇animate通過HFSSRes

8、ultsSolution Data記錄仿真的S參數(shù)。并與式（1）中計算的理論值進(jìn)行比較（如表1）。從表中可見，仿真值與理論值基本一致，仿真方確。表1 容性膜片的S參數(shù)理論值與仿真值S|S11|S21|S12|S22|13GHz理論值0.2520.9680.9680.252仿真值0.2270.9450.9450.2273、實驗要求以a=23mm，b=10mm的波導(dǎo)為例，仿真波導(dǎo)容性膜片（b=0.6b），要求（1） 簡要概括仿真步驟（比如波導(dǎo)的頂點與尺寸，膜片的頂點與尺寸，邊界條件設(shè)置步驟，源的設(shè)置）；（2） 給出膜片上的電流矢量分布圖；（3） 將軟件計算的S參數(shù)與理論值進(jìn)行比較填入表中。（實驗報

9、告從以下封面開始，將上面文字全部刪除，實驗報告可以雙面打?。? / 20設(shè)置變量利用HFSS的變量功能，可以將波導(dǎo)的尺寸設(shè)置為變量a和b，膜片之間的距離設(shè)置為變量b，以便調(diào)整尺寸大小。具體步驟如下：（1） 設(shè)置變量a和變量b。雙擊waveguide下的CreatBox（如圖14），在Xsize欄輸入“$a”（代表全局變量a），變量值賦為23mm（如圖15）。在Ysize欄輸入“$b”，變量值賦為10mm（如圖16）。圖14 waveguide下的CreatBox圖15 輸入變量a圖16 輸入變量b（2） 設(shè)置膜片的變量。將iris1的position賦為(0mm,0mm,10mm)，Xsize

10、為$a，Ysize賦為($b-$bp)/2，變量$bp的值賦為0.5*$b（如圖17）。同樣方法將iris2的position賦為(0mm,$b,10mm)，Xsize為$a，Ysize賦為-($b-$bp)/2（如圖18）。圖17 iris1的變量圖18 iris2的變量（3） 調(diào)整變量參數(shù)。點擊PojectProject Variables（如圖19），點擊Values一列的欄目可以更改各變量的值或者計算公式（如圖20）圖19 Project Variables圖20 各變量與變量值微波技術(shù)與天線實驗報告實驗名稱： 實驗3：利用HFSS仿真分析波導(dǎo)膜片 學(xué)生班級： 電子二班 學(xué)生： 楚容容

11、 學(xué)生學(xué)號： 3 實驗日期：2011年 4月2 日 1. 仿真步驟（1） 畫圖畫波導(dǎo)。長方體，頂點為（0,0,0），尺寸為23,10,50，命名為waveguide畫膜片1。XY面上的矩形，頂點為23,0,10，尺寸為dX=-23，dY=2.0，命名為iris1畫膜片2。XY面上的矩形，頂點為23,10,10，尺寸為dX=-23，dY=-2.0，命名為iris2（2） 設(shè)置邊界條件。（1）選中波導(dǎo)的四個長側(cè)面設(shè)置為理想導(dǎo)體perfect E。（2）選中iris1，設(shè)置為理想導(dǎo)體（點擊HFSSBoundariesAssign Perfect E）。（3）選中iris2， 設(shè)置為理想導(dǎo)體。（3） 設(shè)置激勵源。(1) 選擇波導(dǎo)的上面端口設(shè)置為wave port （2）選擇波導(dǎo)的下面端口設(shè)置為wave port（4） 設(shè)置求解條件HFSSanalysis setup中，將頻率設(shè)置為13GHz。點擊進(jìn)行計算。2. 仿真結(jié)果（1）膜片上的電流矢量如圖1。圖1膜片上的電流矢量分布（2）膜片的S參數(shù)理論值與仿真值比較如表1。表1 波導(dǎo)感性膜片的S參數(shù)理論值與仿真值（b=0.6b）頻率