HT型波导-微波天线设计

1、仿真技术综合设计H-T型波导仿真设计班 级： 通信13-3班 姓 名： 王亚飞 学 号： 1306030318 指导教师： 徐 维 成 绩： 电子与信息工程学院 信息与通信工程系 目 录1设计概述32 T型波导设计步骤32.1创建T型波导模型32.1.1 新建工程设置32.2.2 创建T 形波导模型42.2求解设置93查看分析设计结果103.1参数扫描和分析求解113.2查看参数扫描结果114心得体会131设计概述本课程设计所要分析的器件是图1.1 所示的一个带有隔片的T 形波导。端口1 是信号输入端口，端口2 和端口3 是信号输出端口。正对着端口1 一侧的波导壁上凹进去一块，相当于放置了一个

2、隔片，通过改变隔片的位置可以改变端口1 到端口2 和端口3 的传输功率以及端口1 的反射功率。仿真实验的的目标是：在工作频率为10GHz 时，使端口3 的输出功率是端口2 输出功率的两倍。图1.1 T形波导2 T型波导设计步骤2.1创建T型波导模型2.1.1 新建工程设置1运行HFSS 并新建工程启动HFSS 软件。HFSS 启动后，会自动创建一个默认名称为Project1 的新工程和名称为HFSSDesign1 的新设计。从主菜单栏选择命令【File】【Save As】，把工程文件另存为Tee.hfss。然后右键单击HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件H

3、FSSDesign1 重新命名为TeeModal。2选择求解类型从主菜单栏选择【HFSS】【Solution Type】，打开如图2.1 所示的Solution Type 对话框，选中Driven Modal 单选按钮，单击OK按钮。3设置长度单位从主菜单栏选择【Modeler】【Units】，打开如图2.1 所示的Set Model Units 对话框，选择英寸（in）单位，单击OK按钮。此时，设置了建模时的默认长度单位，即英寸。图2.1 设置求解类型和长度单位2.2.2 创建T 形波导模型T 形波导模型可以分解开来，看做由3 个相同大小的长方体叠加而成，这里首先创建第一个长方体，并设置其材

4、料属性和端口激励，然后通过复制操作命令创建第二和第三个长方体，最后通过合并操作命令创建完整的T 形波导模型。1.创建长方体（1）从主菜单栏选择【Tools】【Options】【Modeler Options】，打开3D Modeler Options对话框，选择Drawing 选项卡，确认选中Edit Properties of new primitives 复选框，然后单击OK按钮。（2）从主菜单栏选择【Draw】【Box】，或者单击工具栏的按钮，进入创建长方体模型的工作状态，移动鼠标光标到HFSS 工作界面的右下角状态栏，在状态栏输入长方体的起始点坐标为（0，0.45，0）。按下回车键确认

5、后，在状态栏输入长方体的长（dx）、宽（dy）、高（dz）分别为2、0.9、0.4。再次按下回车键确认后，会弹出新建长方体的“属性”对话框，通过“属性”对话框可以设置和修改物体的位置、尺寸、名称、材料和透明度等属性。这里选择Attribute 选项卡，将长方体名称项（Name）改为Tee，长方体材料属性（Material）保持为真空（vacuum）属性不变；单击Transparent 项的数值条，在弹出窗口中移动滑动条设置其值为0.4，以提高长方体的透明度。图2.2创建好的长方体2设置波端口激励（1）按F 键切换到面选择状态，单击选中长方体上位于x = 2 处平行于yz 面的平面，选中的平面会

6、高亮显示。（2）在三维模型窗口内单击右键，从弹出的快捷菜单中选择【Assign Excitation】【Wave Port】，打开波端口设置对话框，在Name 项输入端口名称Port1，单击“下一步”按钮；在新窗口中单击打开Integration Line 下方的下拉列表框，选择New Line 选项，设置端口的积分校准线，如图2.3所示。图2.3设置端口的积分校准线（3）选中并单击图2.3所示的New Line 后，进入端口积分线绘制状态。此时移动鼠标光标到前面所选中并高亮显示的平面下边缘的中间位置，即坐标（2，0，0）处，单击鼠标左键，确定积分线的起始点；然后再移动鼠标光标到该平面上边缘的

7、中间位置，即坐标（2，0，0.4）处，再次单击鼠标，确定积分线的终止点，完成积分线设置，如图2.4 所示。图2.4设置积分线的起始点和终止点3复制长方体（1）从主菜单栏选择 【Tools】【Options】【HFSS Options】，打开HFSS Options 对话框，选择General 选项卡， 选中Duplicate boundaries withgeometry 复选框，然后单击“确定”按钮。（2）依次复制长方体创建T 形波导的第二个臂、第三个臂。展开操作历史树，单击选择Tee 节点，即可选中刚刚新建的名称为Tee 的长方体，然后进行复制。图2.5第一次复制后的模型 图2.6 第二次

8、复制后的模型4合并长方体（1）从主菜单栏选择【Tools】【Options】【Modeler Options】，打开3D ModelerOptions 对话框，选择Operation 选项卡，确认Clone tool objects before unite 复选框未被选中。（2）单击键盘上的O 键，切换到物体选择状态，单击物体选中第一个长方体Tee，接着按下Ctrl 键同时选中第二个长方体Tee_1 和第三个长方体Tee_2，确保3 个长方体都被选中之后，从主菜单栏选择【3D Modeler】【Boolean】【Unite】命令，执行合并操作，将3 个长方体合并生成一个如图2.7 所示的T

9、形物体模型，合并后的物体名称和属性与第一个被选中的物体相同。图2.7 合并好的长方体5创建隔片（1）创建一个长方体。从主菜单栏选择【Draw】【Box】，进入新建长方体工作状态。移动鼠标光标在三维模型窗口任选一个基准点，在xy 面展开成长方形，单击确定；再沿着z 轴移动鼠标光标展开成长方体，单击确定，完成后弹出“属性”对话框。（2）设置长方体的位置和尺寸。在“属性”对话框的Command 选项卡界面，Position 栏输入“0.45in，Offset-0.05in，0in”，设置长方体的起始点位置（注意：此处Offset 是个变量，由于尚未定义，所以数据输入时要带上单位in），按回车键确定，

10、此时会弹出Add Variable 对话框，要求设置变量Offset 的初始值，在Value 栏处输入“0in”，然后单击OK，返回“属性”对话框.在Xsize、Ysize 和Zsize 栏处分别输入0.45、0.1 和0.4，设置长方体的长宽高尺寸。然后，选择“属性”对话框的Attribute 选项卡，在Name 栏处输入长方体的名称Septum，单击”确定”完成。此时，在T 形波导内部添加了一个小长方体。（3）相减操作。展开操作历史树，首先选中Tee，按下Ctrl 键的同时再选中Septum，确认Tee 和Septum 都被选中，之后，从主菜单栏选择【3D Modeler】【Boolean

11、】【Subtract】命令或者单击工具栏的按钮，打开相减操作对话框。确认对话框中Tee 在Blank Parts 栏，Septum 在Tool Parts 栏，表明是从模型Tee中去掉模型Septum。单击按钮执行相减操作。相减操作完成后，创建的完整的T 形波导模型如图2.8所示。图2.8 创建好的隔片2.2求解设置在工作界面左侧的工程管理窗口（Project Manager）中，展开TeeModal 设计，选中Analysis 节点，单击右键，在弹出的快捷菜单中单击【Add SolutionSetup】，打开“求解设置”对话框。在该对话框中，Solution Frequency 项输入10，

12、默认单位为GHz，其他项都保持默认设置不变，如图2.9所示，单击“确定”结束。此时，就在工程管理窗口Analysis 节点下添加了一个名称为Setup1 的求解设置项。图2.9 添加求解设置3查看分析设计结果1添加参数扫描变量选中工程树下的Optimetrics 节点，单击右键，从弹出菜单栏中选择【Add】【Parametric】，打开Setup Sweep Analysis 对话框，单击对话框的Add按钮，打开Add/EditSweep 对话框；在Add/Edit Sweep 对话框中，Variable 项选择变量Offset 作为扫描变量，扫描类型选择为Linear Step，Start、

13、Stop、Step 项分别输入0、1、0.1，单位为英寸（in），然后单击Add按钮，设置过程如图2.39 所示。单击OK按钮，回到Setup Sweep Analysis对话框。选择Options 选项卡，选中Save field and mesh 复选框，这样可以保存每个求解变量的场分析结果。2定义输出变量定义 3 个输出变量Power11、Power21 和Power31，分别代表端口1、端口2 和端口3的输入/输出功率。可以通过选择Setup Sweep Analysis 对话框的Calculations 选项卡来设置。3.1参数扫描和分析求解上面的工作完成后，单击工具栏的按钮，检验设

14、计的正确性。检查没有错误后，就可以运行仿真计算了。选中工程树Optimetrics 节点下的ParametricSetup1 项，单击右键，在弹出菜单中选择【Analyze】命令，运行仿真分析。图2.10 检验设计3.2查看参数扫描结果1.创建功率分配随变量Offset 变化的关系图（1）右键单击工程树中的Results 项，从弹出菜单中选择【Create Modal Solution DataReport】【Rectangular Plot】，打开如图2.11所示的对话框。图2.11 创建图形化结果（2） 在该对话框中，X 项选择Offset；在Y 栏下方的Category 列选择Outpu

15、t Variables，Quantity 列通过按下Ctrl 键同时选择Power11、Power21 和Power31，Function 列选择none。（3）单击“New Report”按钮，即可绘制出输出变量Power11、Power21、Power31 与变量Offset 的关系曲线报告，如图2.12 所示。图2.12输出变量随变量Offset 变化的关系图从图2.12 的结果报告中可以看出，当变量Offset 值逐渐变大，即隔片位置向端口2 移动时，端口2 的输出功率逐渐减小，端口3 的输出功率逐渐变大；当隔片位置超过0.3 英寸时，端口1 的反射明显增大，端口3 的输出功率开始减小。因此，在后面的优化设计中，可以设置变量Offset 优化范围的最大值为0.3 英寸。同时，从图2.12 还可以看出，在offset=0.1 英寸时，端口3 的输出功率约为0.65，端口2 的输出功率略大于0.3，此处端口3 的输出功率约为端口2 输出功率的两倍。因此，在优化设计时，可以设置变量Offset 的优化初始值为0.1英寸。另外，变量Offset 优化范围的最小值可以取0 英寸。2. 动态演示场分布图2.13 动态演示场分布4心得体会本次对T型波导的设计是利用HFSS仿真软