微波技术与天线实验报告利用HFSS仿真分析波导膜片2

1、hfss仿真分析波导膜片1. 实验原理矩形波导的结构（如图1），尺寸ab, ab，在矩形波导内传播的电磁波可分为te模和tm模。图1 矩形波导1） te模，。其中，=而是与激励源有关的待定常数。2） tm模=0，由的边界条件同样可得无穷多个tm模。注意：对于和模，m, n不能同时为零，否则全部的场分量为零。和模具有相同的截止波数计算公式，即（）=（）=所以，它们的截止波长和截止频率的计算公式也是一样的，即（）=（）=（）=（）=对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（或solution type，在弹出的solution type窗口中选择driven modal,点击ok2） 设置模型单

2、位在菜单栏中点击modelerunits,设置模型单位，选择mm3）画波导（1）在菜单栏中点击drawbox（2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标x=0 ，y=0 ,z=0 （3）输入长方体x,y,z三个方向尺寸，dx:23，dy:10，dz:50（4）在属性窗口中选择attribute标签，该长方体的名字修改为waveguide4）设置边界条件（1）选择波导的四个纵向面。通过editselectfaces,将鼠标设置为选择面的状态（如图2）；通过按钮（旋转功能）以及ctrl键实现选择多个面，或者通过editselectby name（如图3），结合ctrl键选中face10、11

3、、12、9（如图4）。（2）将这四个面设置为理想导体边界。可以通过点击hfssboundariesassign perfect e实现，或者点击鼠标右键assign boundary perfect e（如图5）。图2 select faces界面图3 select by name界面图4 select face界面图5 设置perfect e边界条件5）设置激励源wave port（1）选中波导的一个端口面（垂直于z轴的平面）；（2）点击hfssexcitationsassignwave port，或者点击鼠标右键assign excitationwave port（如图6）。（3）另外一个

4、端口面执行同样的操作。图6 设置wave port界面6）设置求解频率（1）在菜单栏中点击hfssanalysis setupadd solution setup（2）在求解设置窗口中，设置solution frequency：13ghz。7）保存工程 在菜单栏中点击filesave as8）求解该工程在菜单栏中点击hfssanalyze all9）画场分布图在菜单栏中点击hfssfieldsplot fieldse，电场幅度分布（如图7）。图7 波导中电场强度幅度分布10）观察数据结果点击hfssresultssolution data（如图8），在matrix data项中可以查看s参数以

5、及gamma等参数。图8 查看solution data界面hfss仿真波导容性膜片画波导：box类型，定点坐标（0,0,0），尺寸（23mm,10mm,50mm）画膜片1 （b=0.5b）（1）在菜单栏中点击drawrectangle（2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标x=23，y=0，z=10。 （3）输入长方体x,y,z三个方向尺寸，dx:-23，dy:2.5。（4）名字改为iris1。画膜片2（1）在菜单栏中点击drawrectangle（2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标x=23 ，y=10 ,z=10 （3）输入长方体x,y,z三个方向尺寸，dx:-23

6、，dy:-2.5（4）名字改为iris2。设置颜色透明度的方法以waveguide为例，双击waveguide，点击transparent右侧的栏目，通过拖动比例值调整颜色的透明度（如图9）。图9 调整颜色的透明度画完的波导膜片如图10。设置边界条件（1）选中波导的四个长侧面设置为理想导体perfect e。（2）选中iris1，设置为理想导体（点击hfssboundariesassign perfect e）。（3）选中iris2， 设置为理想导体。设置激励源（1） 选择波导的上面端口设置为wave port （1）选择波导的下面端口设置为wave port设置求解条件hfssanalysi

7、s setup中，将频率设置为13ghz。点击进行计算。图10 波导膜片画膜片上的电流矢量图(1) 先将waveguide隐藏只显示两个膜片。点击工具，将visibility下的一列waveguide的除掉（如图11）。图11 隐藏waveguide(2) 画场分布图同时选中iris1与iris2，点击鼠标右键plot fieldsjvector_jsurf，出现如图12界面，点击done，电流矢量图如图13。 图12 画电流矢量 图13 电流矢量分布图 (3) 演示场分布动态图右键点击field overlaysanimate（如图13），其它项为缺省值。图13 选择animate通过hfs

8、sresultssolution data记录仿真的s参数。并与式（1）中计算的理论值进行比较（如表1）。从表中可见，仿真值与理论值基本一致，仿真方法正确。表1 容性膜片的s参数理论值与仿真值（b=0.5b）s|s11|s21|s12|s22|13ghz理论值0.2520.9680.9680.252仿真值0.2270.9450.9450.227设置变量利用hfss的变量功能，可以将波导的尺寸设置为变量a和b，膜片之间的距离设置为变量b，以便调整尺寸大小。具体步骤如下：（1） 设置变量a和变量b。双击waveguide下的creatbox（如图14），在xsize栏输入“$a”（代表全局变量a）

9、，变量值赋为23mm（如图15）。在ysize栏输入“$b”，变量值赋为10mm（如图16）。图14 waveguide下的creatbox图15 输入变量a图16 输入变量b（2） 设置膜片的变量。将iris1的position赋为(0mm,0mm,10mm)，xsize为$a，ysize赋为($b-$bp)/2，变量$bp的值赋为0.5*$b（如图17）。同样方法将iris2的position赋为(0mm,$b,10mm)，xsize为$a，ysize赋为-($b-$bp)/2（如图18）。图17 iris1的变量图18 iris2的变量（3） 调整变量参数。点击pojectproject

10、 variables（如图19），点击values一列的栏目可以更改各变量的值或者计算公式（如图20）图19 project variables图20 各变量及变量值3、实验要求以a=23mm，b=10mm的波导为例，仿真波导容性膜片（b=0.6b），要求（1） 简要概括仿真步骤（比如波导的顶点与尺寸，膜片的顶点与尺寸，边界条件设置步骤，源的设置）；（2） 给出膜片上的电流矢量分布图；（3） 将软件计算的s参数与理论值进行比较填入表中。（实验报告从以下封面开始，将上面文字全部删除，实验报告可以双面打印）微波技术与天线实验报告实验名称： 实验3：利用hfss仿真分析波导膜片学生班级： 学生姓名：

11、 学生学号： 实验日期： 2011年 月 日（填写实际实验日期）1. 仿真步骤（1） 画图画波导。长方体，顶点为。，尺寸为。，命名为。画膜片1。xy面上的矩形，顶点为。，尺寸为。，命名为。画膜片2。xy面上的矩形，顶点为。，尺寸为。，命名为。（2） 设置边界条件。（3） 设置激励源。（4） 设置求解条件2. 仿真结果（1）膜片上的电流矢量如图1。图1膜片上的电流矢量分布（2）膜片的s参数理论值与仿真值比较如表1。表1 波导感性膜片的s参数理论值与仿真值（b=0.6b）频率|s11|s12|s21|s22|13ghz理论值0.15690.98760.98760.1569仿真值6 passes10 passes12 passes15 pas