微波技术与天线实验4利用HFSS仿真分析矩形波导

..实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导实验原理矩形波导的结构〔如图1,尺寸a×b,a>b,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TE模,。其中,=而是与激励源有关的待定常数。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<的模式才能在波导中传播。由公式可以看出矩形波导的,不仅与波导的尺寸a,b有关,还和模指数m,n有关。当a,b一定时,随着的改变,矩形波导可以多模传播,也可以单模传播,甚至也可以处于截止状态。以a=23mm,b=10mm的空心矩形波导为例,由截止频率的计算公式,可以计算,,,所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz。二、实验步骤1、工程设置打开HFSS,出现新的工程窗口〔如图1。图1HFSS工程窗口设置求解类型DrivenModal〔模式激励。在菜单中点击HFSS>SolutionType,出现SolutionType窗口,选择DrivenModal〔如图2,点击OK。图2设置求解类型SolutionType窗口设置模型单位毫米在菜单栏中点击Modeler>Units,出现SetModelUnits窗口,选择mm,点击OK〔如图3。图3设置模型单位SetModelUnits窗口保存工程命名为waveguide点击工具栏中的,将工程名字设为waveguide。2、画波导点击工具栏中的〔Drawbox画矩形波导的长方体模型,在屏幕右下角出现长方体顶点信息,输入顶点坐标〔0,0,0,按回车键；屏幕右下角出现长方体尺寸信息,输入〔23,10,50〔如图4,按回车键结束画图过程。图4画长方体顶点坐标与尺寸设置在屏幕中间模型列表中的Box1为画出的长方体〔如图5,双击Box1,出现Propoties:Project1窗口,将Name一栏的value由Box1改为waveguide〔如图6。图5图63、设置边界条件〔1选择波导的四个纵向面。通过Edit>select>faces,将鼠标设置为选择面的状态〔如图7。图7selectfaces界面通过按钮〔旋转功能以及ctrl键实现选择多个面,或者通过edit>select>byname〔如图8,结合ctrl键选中face10、11、12、9〔如图9。图8selectbyname界面图9selectface界面〔2将这四个面设置为理想导体边界。可以通过点击HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE实现,或者点击鼠标右键>AssignBoundary>PerfectE〔如图10。图10设置PerfectE边界条件4、设置激励源waveport〔1选中波导的一个端口面〔垂直于z轴的平面。〔2点击HFSS>Excitations>Assign>Waveport,或者点击鼠标右键>assignexcitation>waveport〔如图11。〔3另外一个端口面执行同样的操作。图11设置waveport界面5、设置求解频率〔1在菜单栏中点击HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup〔2在求解设置窗口中,设置SolutionFrequency：13GHz,其它设为默认值6、计算及后处理在菜单栏中点击HFSS>Analyzeall在菜单栏中点击HFSS>Fields>PlotFields>E,画出电场强度的幅度分布〔如图12。在ProjectManager窗口中,选择dipole>HFSSDesign1>FieldOverlays,点击鼠标右键>Animate>OK,可以演示电场强度幅度随着时间变化情况,观察理解电磁波从端口1向端口2传播的过程。图12波导中电场强度幅度分布点击HFSS>Results>Solut