微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析波导膜片

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。和模具有一样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）

2、 设置模型单位在菜单栏中点击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）以与ctrl键实现选择多个面，或者通过editselectby name（如图3），结合ctrl键选中fac

3、e10、11、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）。（

4、3）另外一个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

5、查看S参数以与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 （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，dY

6、:-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HFSSanalysis s

7、etup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HFSSRes

8、ultsSolution 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，仿真方确。表1 容性膜片的S参数理论值与仿真值S|S11|S21|S12|S22|13GHz理论值0.2520.9680.9680.252仿真值0.2270.9450.9450.2273、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

9、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）2 / 20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“$a”（代表全局变量a），变量值赋为23mm（如图15）。在Ysize栏输入“$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

10、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 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 各变量与变量值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： 电子二班 学生： 楚容容

11、 学生学号： 3 实验日期：2011年 4月2 日 1. 仿真步骤（1） 画图画波导。长方体，顶点为（0,0,0），尺寸为23,10,50，命名为waveguide画膜片1。XY面上的矩形，顶点为23,0,10，尺寸为dX=-23，dY=2.0，命名为iris1画膜片2。XY面上的矩形，顶点为23,10,10，尺寸为dX=-23，dY=-2.0，命名为iris2（2） 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。（3） 设置激励源。(1) 选择波导的上面端口设置为wave port （2）选择波导的下面端口设置为wave port（4） 设置求解条件HFSSanalysis setup中，将频率设置为13GHz。点击进行计算。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