电磁场HFSS实验报告

word文档精品文档分享实验一T形波导的内场分析实验目的、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。实验仪器、装有windows系统的PC一台、HFSS15.0或更高版本软件、截图软件实验原理本实验所要分析的器件是下列图所示的一个带有隔片的T形波导。其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。T形波导word文档精品文档分享实验步骤、新建工程设置：运行HFSS并新建工程：翻开HFSS软件后，自动创立一个新工程：Project1File\Saveas命名为Ex1_Tee；由主菜单项选择Project\InsertHFSSDesign，在工程树中选择HFSSModel1，点右键，选择Rename项，将设计命名为TeeModel。选择求解类型为模式驱动〔DrivenModel〕：由主菜单项选择HFSS\SolutionType，在弹出对话窗选择DrivenModel项。设置长度单位为in：由主菜单项选择3DModeler\Units，在SetModelUnits对话框中选中in、创立T形波导模型：创立长方形模型：在Draw菜单中，点击Box选项，在Command页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数t透明度〕将其设为0.8。Material〔材料〕保持为Vacuum。设置波端口源励：选中长方体平行于yz面、x=2的平面；单击右键，选择AssignExcitation\Waveport项，弹出WavePort界面，输入名称WavePort1(IntegrationLine)下的Newline，那么提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即〔2,0,0)处点左键，确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,0.4)处，作为端口终点。复制长方体：展开绘图历史树的Model\Vacuum\Tee节点，右键word文档精品文档分享点击Tee项，选择Edit\Duplicate\AroundAxis，在弹出对话窗的Axis项选择Z，在Angel项输入90deg，在TotalNumber项输入2，点OK，那么复制、添加一个长方体，默认名为。重复以上步骤，在Angel项输入-90，那么添加第3个长方体，默认名Tee_2.合并长方体：鼠标右键切换到物体选择状态。选中第1个长方体，按下Ctrl键的同时选中第2、3个长方体，由主菜单项选择3DModeler\Boolean\Unite，那么将三个长方体组合在一起，形成了一个T型接头。创立隔片：绘制长方体：Draw/box命令任意创立一个长方体，确定位置参数：绘图工程树双击CreateBox1在属性对话窗口的Command页，在Position项输入-0.45in,offset-0.05in,0in，调整长方体尺寸；由T型接头中减去间隔：在历史树中选择Tee项，按下Ctrl键的同时再选中Septum项。由主菜单项选择3DModeler\Boolean\Subtract确定在BlankParts列，Septum在ToolParts列〔即将间隔从型接头中去掉〕，点OK完成。、分析求解设置：在工程树中，找到TeeModel\Analysis节点，点右键AddSolutionSetup，弹出对话窗。在General标签页的Solution项输入，默认单位为GHz，在AdaptiveSolutions的MaximumNumberofPasses项设为3，其它不变，点击确定。添加扫频设置：在工程树中的Setup1项上点右键，选择Addword文档精品文档分享FrenquencySweep，在弹出对话窗中选择General项，其它具体设置默认不变；在Type栏选择LinearStep～10GHz，阶长0.05GHz，点OK完成。设计检查：主菜单项选择HFSS\ValidationCheck，那么弹出确认检查窗口，对设计进展确认。全部完成且没有错误时，点Close完毕。、运行仿真分析：由主菜单项选择HFSS\Analyzeall，对设计的模型进展三维场分析求解。求解全部完成后，在信息管理区会出现确定信息。、查看仿真分析计算结果：创立一个S参数的矩形曲线图；创立一个电场视图；创立动态演示场覆盖图内场分析结果、图形化显示S参数计算结果XYPlot1TeeModalANSOFT0.75CurveInfomag(S(Port1,Port1))Setup1:Sweep1mag(S(Port1,Port2))Setup1:Sweep10.63mag(S(Port1,Port3))Setup1:Sweep10.501Y0.380.250.138.008.258.508.759.009.259.509.7510.00Freq[GHz]图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线、查看外表电场分布word文档精品文档分享外表场分布图、动态演示场分布图实验总结：word文档精品文档分享实验二T形波导的优化设计实验目的、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。实验仪器、装有windows系统的PC一台、HFSS15.0或更高版本软件、截图软件实验原理利用参数扫描分析功能。分析在工作频率为10GHz时，T形波导3个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offset的变化关系。利用HFSS的优化设计功能，找出隔片的准确位置，使得在10GHz工作频点，T形波导商品3的输出功率是端口2输出功率的两倍。实验步骤、新建一个优化设计工程；由主菜单项选择文件。由主菜单项选择File\Saveas，保存在自建文件夹内，命名为OptimTee.hfss，删除频率扫描。、参数扫描分析设置和仿真分析：在工程树中选Optimetrics项上点右键，选择Add\Parametrie项添加参数扫描分析项。定义输出变量：添加变量扫描定义：在对话窗的Sweepword文档精品文档分享Definitions标签页，点击Addoffset选择Linearstep项，变量X围设为0～，阶长为，单位均为in，点击Add，那么在窗口右侧参加调节变量及其设置。点OK。定义输出变量：在Calculations标签页〔注：设置页面可以在工程树下Opimetrics/ParametricSetup1翻开〕，点击左下角SetupCalculationAdd/EditCalculations对话窗。点击左下角OutputVariables，弹出OutputVariables对话框，定义Power11、Power21、Power31变量.运行参数扫描分析：在工程树中的项上点击右Analyze3D场分析求解。全部完成后，在信息管理区会出现确定信息。创立S参数与Offset变量的关系曲线图：在工程树的Results项点右键，选择CreateModaldataReport项选择RectangularPlot，点OK完成，那么弹出对话窗默认选择Trace选项。、优化设计：添加优化变量：由主菜单项选择HFSS\DesignProperties，在弹出对话窗选择Optimizationoffset栏勾选Include添加目标函数：这里的优化目标是端口3的输出功率是端口2的2倍，目标函数为：Power31-2*Power21=0。优化设置的对话框下在Goals标签页，点击左下角SetupCalculation选项，弹出Add/EditCalculation对话框，点击左下角Outputvadiables变量，Name栏中为：CostInsertintoExpression选项在Expressionword文档精品文档分享栏中写入表达式：Power31-2*Power21。然后点击Add，最后点击右下方Done。返回到Add/EditCalculation对话框，点击下方AddCalculation，添加目标变量到SetupOptimization对话框Cost中。设置优化变量的取值X围：选择Variables标签页，在Variable列只有offset变量，勾选Override项，在startingValue列输入。Min中：，Max中：0.3,offset变化X围在0到0.3in之间。运行优化分析：在工程树的OptimizationSetup1项上点右键，选择Analyze，进展优化分析。此过程需要几分钟，可进展下面的实验步骤。在工程树的OptimizationSetup1项上点右键，选择ViewAnalysisResult，观察优化结果。实验结果、创立功率分配随变量Offset变化的关系图powerrangewithoffsetXYPlot4HFSSDesign11.000.80CurveInfo0.60rewoppower11Setup1:LastAdaptiveFreq='10GHz'power21Setup1:LastAdaptiveFreq='10GHz'0.40power31Setup1:LastAdaptiveFreq='10GHz'0.200.000.000.200.400.600.801.00Offset[in]输出变量随变量Offset变化的关系图分析：从上图所示的图可以看出，当变量Offset值逐渐变大时，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；当隔片位置变量Offset超过0.3英寸时，端口1的反射明显增大，端口3的输出功率开场减小。因此，在后面的优化设计中，可以设置变量Offset优化X围的最大值为0.3英寸。同时，word文档精品文档分享在Offset=0.1英寸时，端口3的输出功率约为，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。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X围的最小值可以取0英寸。、外表电场随变量Offset变化Offset=0inOffset=0.3inOffset=0.6inOffset=0.9in优化设计结果、优化结果word文档精品文档分享0.630.50tsoC0.370.250.130.0002468101214Evaluation在offset=0.093in时，目标函数〔CostfunctionPower31-2*Power21=0.000003到达预期优化效果。、优化后电场分布实验总结：word文档精品文档分享实验三半波偶极子天线仿真实验报告实验目的、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉日HFSS软件的使用方法、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法实验仪器、装有windows系统的PC一台、HFSS15.0、截图软件实验原理本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。天线沿着Z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0.48λ/200天线馈电采用集总端口鼓励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4。首先明白一点:半波偶极子天线就是对称阵子天线。、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为λ/200长度为l=0.48word文档精品文档分享论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=21。对称振子的长度与波长相比较，本身己可以构成实用天线。、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，那么其电流分布可以表示为:式中，Im为天线上波腹点的电流;k为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点;电流分布关于振子的中心店对称超过半波长就会出现反相电流。、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z),长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。图2对称振子辐射场的计算如图2所示，电流元I(z)所产生的辐射场为word文档精品文档分享、方向函数实验步骤、设计变量(以表格的形式列出来)设置求解类型为DrivenModel类型，并设置长度单位为毫米。提前定义对称阵子天线的根本参数并初始化、创立偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。(模型截图贴在下面)word文档精品文档分享其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。设置端口鼓励(附以截图)word文档精品文档分享半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创立一个平行于YZ面的矩形面作为鼓励端口平面。、设置辐射边界条件(截图)要在HfSS中计算分析天线的辐射场，那么必须设置辐射边界条件。这里创立一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的外表设置为辐射边界条件。word文档精品文档分享外加鼓励求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在3GHz，同时添加2.5GHz:^3.5GHz:频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。、设计检查和运行仿真计算、HFSS天线问题的数据后处理(截图，并做相应的说明)具体在实验结果中阐释。实验结果、回波损耗S11回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。word文档精品文档分享图中所示是在2.5GHz^3.5GHz频段内的回波损耗，设计的偶极子天线中心频率约为3GHz,S11<-10dBd的相对带宽BW=(3.25-2.775)/3*1000/=15.83%、电压驻波比驻波比，一般指的就是电压驻波比，是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。由图可以看到在3G赫兹附近时，电压驻波比等于1近行波，传输特性比较理想。word文档精品文档分享、smith圆图史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。采用双线性变换，将z复平面上。实部常数和虚部x=常数两族正交直线变化为正交圆并与:反射系数|G|=常数和虚部X=常数套印而成。从smith圆图可以看到，在中心频率3G赫兹时的归一化阻抗约为，说明端口的阻抗特性匹配良好。、输入阻抗传输线、电子电路等的输入端口所呈现的阻抗