微波技術(shù)與天線實驗2利用HFSS仿真分析矩形波導(dǎo)

PAGE1實驗3：利用HFSS仿真分析矩形波導(dǎo)實驗原理矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)（如圖1），尺寸a×b,a>b，在矩形波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁波可分為TE模和TM模。圖1矩形波導(dǎo)TE模，。其中，=而是與激勵源有關(guān)的待定常數(shù)。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。和模具有相同的截止波數(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<）的模式才能在波導(dǎo)中傳播。由公式可以看出矩形波導(dǎo)的，不僅與波導(dǎo)的尺寸a,b有關(guān)，還和模指數(shù)m,n有關(guān)。當a,b一定時，隨著的改變，矩形波導(dǎo)可以多模傳播，也可以單模傳播，甚至也可以處于截止狀態(tài)。以a=23mm，b=10mm的空心矩形波導(dǎo)為例，由截止頻率的計算公式，可以計算，，，所以波導(dǎo)單模工作的頻率范圍為6.562-13.123GHz。

圖63、設(shè)置邊界條件（1）選擇波導(dǎo)的四個縱向面。通過Edit>select>faces,將鼠標設(shè)置為選擇面的狀態(tài)（如圖7）。圖7selectfaces界面通過按鈕（旋轉(zhuǎn)功能）以及ctrl鍵實現(xiàn)選擇多個面，或者通過edit>select>byname（如圖8），結(jié)合ctrl鍵選中face10、11、12、9（如圖9）。圖8selectbyname界面圖9selectface界面（2）將這四個面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界?？梢酝ㄟ^點擊HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE實現(xiàn)，或者點擊鼠標右鍵>AssignBoundary>PerfectE（如圖10）。圖10設(shè)置PerfectE邊界條件4、設(shè)置激勵源waveport（1）選中波導(dǎo)的一個端口面（垂直于z軸的平面）。（2）點擊HFSS>Excitations>Assign>Waveport，或者點擊鼠標右鍵>assignexcitation>waveport（如圖11）。（3）另外一個端口面執(zhí)行同樣的操作。圖11設(shè)置waveport界面5、設(shè)置求解頻率（1）在菜單欄中點擊HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup（2）在求解設(shè)置窗口中，設(shè)置SolutionFrequency：13GHz，其它設(shè)為默認值6、計算及后處理在菜單欄中點擊HFSS>Analyzeall在菜單欄中點擊HFSS>Fields>PlotFields>E，畫出電場強度的幅度分布（如圖12）。在ProjectManager窗口中，選擇dipole>HFSSDesign1>FieldOverlays，點擊鼠標右鍵>Animate>OK，可以演示電場強度幅度隨著時間變化情況，觀察理解電磁波從端口1向端口2傳播的過程。圖12波導(dǎo)中電場強度幅度分布點擊HFSS>Results>SolutionData（如圖13），在MatrixDa