微波天線軟件設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

下頁上頁魔T的設(shè)計(jì)與仿真B半波偶極子天線的仿真C微波技術(shù)軟件實(shí)驗(yàn)矩形波導(dǎo)TE10的仿真A下頁上頁矩形波導(dǎo)TE10的仿真

實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容HFSS軟件使用說明實(shí)驗(yàn)原理目錄實(shí)驗(yàn)仿真步驟下頁上頁熟悉HFSS軟件的使用；掌握導(dǎo)波場(chǎng)分析和求解方法，矩形波導(dǎo)的基本設(shè)計(jì)方法。利用HFSS軟件進(jìn)行電磁場(chǎng)分析，掌握矩形波導(dǎo)

TE10模的場(chǎng)結(jié)構(gòu)和管壁電流結(jié)構(gòu)規(guī)律及特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容基于微波傳輸線的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)矩形波導(dǎo)。使用HFSS軟件建模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，選取合適的參數(shù)，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、仿真，得到波導(dǎo)場(chǎng)分布。根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)果和理論分析結(jié)果比較。

返回實(shí)驗(yàn)原理下頁上頁返回波導(dǎo)TE10的場(chǎng)方程為：矩形波導(dǎo)

TE10模場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：TE10模電場(chǎng)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(gè)駐波）磁場(chǎng)有Hz、Hx兩個(gè)分量，均不隨y變化，故磁力線在xoy平面內(nèi)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(gè)駐波分布。電場(chǎng)、磁場(chǎng)以整個(gè)場(chǎng)型向z方向傳播。TE10模場(chǎng)分布動(dòng)畫下頁上頁實(shí)驗(yàn)步驟新建工程文件并設(shè)置模型單位：從主菜單選擇

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

設(shè)置激勵(lì)端口：在菜單中點(diǎn)擊Edit>Select>Faces選擇長方體的上表面，HFSS>Excitations>Assign>WavePort。

設(shè)置求解頻率。解設(shè)置窗口中做以下設(shè)置：SolutionFrequency:3GHz；MaximunNumberofPasses:6；MaximunDeltaSperPass:0.02。

4.設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算單擊3Dtoolbar中的圖標(biāo)，來檢查設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎng)方向圖在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Field>PlotField>Mag_E。在創(chuàng)建場(chǎng)圖的窗口做以下設(shè)置：Solution:Setup1:LastAdptive；Quantity:Mag_E:InVolume:All。修改場(chǎng)點(diǎn)的顯示特性，選擇EField。便可將波導(dǎo)中的電場(chǎng)幅度以云圖的形式繪制出來。

返回操作演示矩形波導(dǎo)磁場(chǎng)分布矩形波導(dǎo)表面電流分布下頁上頁魔T的設(shè)計(jì)與仿真

實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容實(shí)驗(yàn)原理目錄HFSS軟件使用說明實(shí)驗(yàn)仿真步驟下頁上頁學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)波導(dǎo)分支器的方法；掌握魔T的設(shè)計(jì)方法及其S參數(shù)及場(chǎng)分布圖的分析。掌握HFSS軟件，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，提高在射頻領(lǐng)域的應(yīng)用能力。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容基于微波元器件的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)魔T查看魔Ｔ放入S參數(shù)并分析場(chǎng)分布圖。

返回123（E）4（H）調(diào)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(dòng)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(hào)，4輸出和信號(hào)；魔T的主要特性：下頁上頁魔T的散射矩陣實(shí)驗(yàn)原理返回魔T的形成下頁上頁實(shí)驗(yàn)步驟建立工程文件：在菜單欄

Tool>Options>HFSSOptions

中將DuplicateBoundarieswithgeometry復(fù)選框選中，這樣使得在復(fù)制模型時(shí)，所設(shè)置的邊界一起復(fù)制。設(shè)置模型單位：從主菜單選擇命令

Modeler>Units。將SetModelUnits對(duì)話框打開，選擇(mm)單位。設(shè)置模型的默認(rèn)材料：在工具欄中設(shè)置模型的默認(rèn)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(shè)置激勵(lì)端口：在菜單中點(diǎn)擊Edit>Select>Faces選擇arm_1的上表面，HFSS>Excitations>Assign>WavePort。利用旋轉(zhuǎn)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(gè)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(shè)置求解頻率即掃頻范圍

設(shè)置掃頻。在掃頻窗口中做以下設(shè)置：

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

6.設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算設(shè)置求解頻率。解設(shè)置窗口中做以下設(shè)置：

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

完成模型的創(chuàng)建及求解設(shè)置后，再從主菜單中選擇HFSS-ValidationCheck，或者點(diǎn)擊3Dtoolbar中的圖標(biāo)，來檢查設(shè)計(jì)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(jì)算結(jié)束后，查看魔T的S參數(shù)，包括S11、S12、S13和S14。點(diǎn)擊菜單欄HFSS>Result>CreateReport。選擇：ReportType:ModalSParameters；DisplayType:Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1；Domain:Sweep點(diǎn)擊Y標(biāo)簽，選擇：Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)，S(p1,p2)，S(p1,p3)，S(p1,p4)；Function:dB，然后點(diǎn)擊AddTrace按鈕。最后點(diǎn)擊Done按鈕完成操作。場(chǎng)方向圖在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Field>PlotField>Mag_E。在創(chuàng)建場(chǎng)圖的窗口做以下設(shè)置：Solution:Setup1:LastAdptive；Quantity:Mag_E:InVolume:All。修改場(chǎng)點(diǎn)的顯示特性，選擇EField。便可將魔T中的電場(chǎng)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(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)天線的基本方法及具體操作；通過仿真設(shè)計(jì)了解半波振子天線的結(jié)構(gòu)和工作原理；通過仿真設(shè)計(jì)掌握天線的回波損耗、方向圖等基本參數(shù)；通過對(duì)半波偶極子天線的仿真，學(xué)會(huì)對(duì)其他類型天線仿真的方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為3GHz的半波振子天線基本結(jié)構(gòu)。使用HFSS軟件建模，并選取合適的參數(shù)，對(duì)其參數(shù)進(jìn)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(yuǎn)區(qū)場(chǎng)公式即可直接計(jì)算對(duì)稱天線的輻射場(chǎng)。LLdzyxIm下頁上頁實(shí)驗(yàn)原理如右圖所示，對(duì)稱振子是中間饋電，其兩臂為由兩段等長導(dǎo)線構(gòu)成的振子天線。一臂的導(dǎo)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(jì)，所以振子總長度

L=2l。對(duì)稱振子的長度與波長相比擬，本身已可以構(gòu)成實(shí)用天線。天線上的電流可以近似的認(rèn)為是按正弦律分布。取右圖的坐標(biāo)，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(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度為：由于，可以認(rèn)為組成對(duì)稱天線的每個(gè)電流元對(duì)于觀察點(diǎn)P的指向相同，各個(gè)電流元在P

點(diǎn)產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)方向也相同，合成電場(chǎng)為各個(gè)電流元遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)的標(biāo)量和，即：zyxPrdz'z'z'cosr'下頁上頁由于，可以認(rèn)為。若周圍為理想介質(zhì)，則遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)為：方向性因子為：返回偶極子天線輻射場(chǎng)隨長度

L

的變化下頁上頁實(shí)驗(yàn)步驟定義設(shè)置變量：設(shè)置求解類型為DrivenModel類型，并設(shè)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(gè)細(xì)圓柱體模型作為偶極子天線的一個(gè)臂，偶極子天線的另外一個(gè)臂則通過坐標(biāo)軸復(fù)制來實(shí)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(gè)平行于YZ平面的矩形面作為激勵(lì)端口平面，并設(shè)置端口平面的激勵(lì)方式為集總端口激勵(lì)。

設(shè)置端口激勵(lì)要在HFSS中計(jì)算分析天線的輻射場(chǎng)，則必須設(shè)置輻射邊界條件：創(chuàng)建一個(gè)沿Z軸放置的圓柱模型，材質(zhì)為空氣。把圓柱體的表面設(shè)置為輻射邊界條件。設(shè)置輻射邊界條件下頁上頁外加激勵(lì)求解設(shè)置求解頻率和網(wǎng)絡(luò)剖分設(shè)置：因?yàn)榉治龅陌氩ㄅ紭O子天線的中心頻率在3GHz左右，所以設(shè)置求解頻率為3GHz。自適應(yīng)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(shè)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(diǎn)擊Results>CreateReports

。彈出的對(duì)話框如右圖及下圖所示：

頻域參數(shù)輸出的對(duì)話框點(diǎn)擊右圖對(duì)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(jié)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(duì)話框如下圖所示：H面方向圖參數(shù)設(shè)置E面方向圖參數(shù)設(shè)置下頁上頁若要得到天線的3D方向圖，則只需改變前面對(duì)話框中的phi和Theta的參數(shù)即可，如下圖：返回結(jié)束放映實(shí)驗(yàn)A

矩形波導(dǎo)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(shí)驗(yàn)C

魔T的設(shè)計(jì)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(shè)置激勵(lì)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