南昌大学HFSS工程应用仿真实验报告：1-8

1、?工程电磁场数值计算与仿真?实验报告学院:信息工程系：电子信息工程专业：通信工程班级:通信133班学号:6102213930学生:陈佳日期：6实验一交叉耦合滤波器设计与仿真一、设计指标要求：中心频率：910MHz带宽：40MHz带内反射：< 20dB带外抑制：在MHz处>20dB此滤波器通过三腔微带结构 环形谐振器实现。选用介质板的相对介电常数为$，厚度为h=。腔体为半波长方腔结构，腔间耦合程度通过腔间距离来控制，使得滤波器谐振频率在 910MHz。最终获得反射系数和参数系数曲线的仿真结果。二、实验设备：PC机、HFSS仿真软件。三、设计原理：具有带外有限传输零点的滤波器， 常常采

2、用谐振腔多耦合的形式实现。 这种形式的特点 是在谐振腔级联的根底上，非相邻腔之间可以相互耦合，即交叉耦合甚至可以采用源与负 载也与谐振腔耦合，以及源与负载之间的耦合。HFSS仿真实现对滤波器贴片和馈电的建模，然后介绍端口和边界的设置，最后生成 了反射系数和传输系数曲线的仿真结果。滤波器采用三腔微带环形滤波器，其耦合矩阵为：0.303741.282050.43523M 1.282050.21309 1.282050.43523 1.282050.30764四、设计仿真步骤:1建立新的工程为了方便建立模型，在geometry复选框选中。Tool>Options>HFSS Options

3、 中将 Duplicate boundaries with2设置求解类型?在菜单栏中点击 HFSS>Solution Type>Drive n Model>OK.3设置模型单位? 在菜单栏中点击 ModelerUn its>mm.4建立滤波器模型?建立介质基片1 在菜单栏中点击 Draw>Box或者在工具栏中点击按钮。2 在软件操作界面右下角输入长方体起点坐标及X、Y、Z三个方向尺寸。输入坐标时,可以用 Tab 键来切换。3) 在属性Property窗口中选择 Attribute标签，将该长方体命名为Substrate,透明度改为 0.85.4) 点击 Mater

4、ial 后面的按钮，在材料设置窗口中点击 Add Material 按钮，添加介电常量为 的介质，命名为 sub.? 创立 Ring_11) 在菜单栏中点击 Draw>Rectangle.2) 同创立介质基片方法一样，输入坐标起点及尺寸，并将矩形修改名字为Ring_1.3) 同理创立矩形 Inne r 、 C u t_1.4) 在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name, 利用 Ctrl 键选择 Ring_1 、Inner 和 Cut_1.5) 在菜单栏中点击 Modeler>Boolean>Subtract, 在 Subtract 窗口中设置：Bla

5、nk Parts: Ring _1Tool Parts: Inner、Cut _1Clone tool objects before subtract 复选框不选，点击 OK 结束。1) 在菜单栏中点击2) 在菜单栏中点击 ? 创立 Ring_21) 在菜单栏中点击2) 在菜单栏中点击移动 Ring_1Edit>Select>By Name, 选中 Ring_1Edit>Arrange>Move, 在坐标栏输入移动的向量。Edit>Select>By Name, 选中 Ring_1Edit>Duplicate>Mirror, 在坐标栏输入镜像向量

6、。3) 在操作历史树中双击新建的矩形，在属性窗口中重命名为 Ring_2创立 Ring_31) 同创立矩形 Ring_1 方法，创立矩形 Ring_3 、 Cut_2 、Inner_22) 在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name,利用 Ctrl 键选择 Ring_3、lnner_2 和 Cut_2.3) 在菜单栏中点击 Modeler>Boolean>Subtract, 在 Subtract 窗口中设置：Blank Parts: Ring_ 3Tool Parts: lnner _ 2、Cut _ 2Clone tool objects before s

7、ubtract 复选框不选，点击 OK 结束。? 同移动矩形 Ring_1 方法，移动矩形 Ring_3.? 创立 Feedline_11) 创立矩形 F_1、 F_22) 在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name, 利用 Ctrl 键选择 F_1、 F_2.3) 在菜单栏中点击 Modeler>Boolean>Unite, 完成矩形 F_1、 F_2 的组合并在新组合的模型 F_1 上双击，在属性窗口中重命名为 Feedline_1.? 同创立 Ring_2 方法，通过镜像 Feedline_1 得到 Feedline_2? 组合 Ring_1、 Rin

8、g_2、 Ring_3、 Feedline_1、 Feedline_2 并命名为 Trace.5创立端口 ? 创立 port_11) 在菜单栏中点击 Modeler>Grid Plane>XZ2) 创立一个矩形并命名为 port_13) 在菜单栏中点击 HFSS>Excitations>Assign>Lumped Port, 在 Lumped Port 窗口的 General标签中，将端口命名 p1,点击Next.4在Modes标签中的Integration Line中点击None,选择New Line,在坐标拦中输入起点和 尺寸，点击Next结束。? 通过por

9、t_1镜像创立port_26创立Air1 在菜单栏中点击 Draw>Box或者在工具栏中点击按钮。2 在坐标栏输入起点和坐标尺寸，并将长方体命名为Air.7设置边界条件?设置理想金属边界条件1在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name,选中Trace.2 在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Pefect E,在弹出的对话框中将其命名为 Perf_Trace，点击 0K 结束。3 在菜单栏中点击 Edit>Select>Faces,设置为选择外表。然后点击By Name,选择Substrate 并选择其下外表。4

10、 在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Pefect E,在弹出的对话框中将其命名为 Perf_Gound,点击 OK 结束。?设置辐射边界条件1在菜单栏中点击 Edit>Select>Object,然后点击 By Name,选择Air.2 在菜单栏中点击 HFSS>Boundaries>Assign>Radiation,在弹出的对话框中点击OK结束。8为该问题设置求解频率及扫描范围?设置求解频率1在菜单栏中点击HFSS>A nalysis Setup>Add Solution Setup.2在求解窗口中设置So

11、lution Frequency:910MHzMaximum Number of Psaaes: 20Maximum Delta S per Pass: 0.02点击OK结束。?设置扫频1在菜单栏中点击HFSS>A nalysis Setup>Add Setup.2选择Setup1,点击OK结束。3在扫频窗口中设置Sweep Type: FastFreque ncy Setup Type: Lin ear CountStart: 700MHzStop:1100MHzCount: 5014将Save Field复选框选中点击 OK结束。9保存工程并命名为hfss_3couple，设计

12、结果如以下图：图一、滤波器完整模型点击菜单栏的L*"图标，检查设计步骤是否出错。如以下图即为仿真设计正确。M Oasign Settings* 3D Model£ Eounddries ond Ecitations店 Mesh OpetaliorisS Analyst 吕eg<3/ 0 ptimetiics申 Hadiatiori“ HFSSDo&ignlVdiidetiari Check completed.图二、软件检错界面图在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如以下图状态:图三、滤波器运算界面图10丨后处理操作点击

13、菜单栏 HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot.在Trace窗口中设置：Solution : Setupl: SweepDomain: Sweep点击 Y 标签，选择 Category: S parameter; Quantity: S(P1 P1)、S(P2 P1); Function: dB,点击New Report按钮完成，仿真结果如下：图四、滤波器的S参数曲线以上为反射系数与传输系数曲线，观察结果图可发现，中心频率在910MHz,带宽为:890930MHz,最大的S21出现在MHz,值为

14、B,在842 MHz的带外频点处，带外抑制大于 20dB,可见设计结果是满足指标要求的。五、实验心得:本实验是HFSS设计仿真的第一个实验，刚上手软件，使用技巧、实验原理都不太清晰。 故需按照实验书的操作步骤一步步来，仔细输入各种参数各种设置。且由于实验书的一些印刷错误或书籍与软件版本不统一的问题，一些设置出现与目标设计不符合的结果，故实验中还需要一定的英文根底，明白英文的意思然后仔细比照每一步操作后的设计结果，找到正确的下一步操作方法。 这个实验我做了很久，完成所有操作后，运行结果出不来，请教老师后才发现少了 HFSS>A nalyze All这一步操作。这一步是书上没有给出的，所以只

15、能一直卡在 这并且反复的重新操作了很多遍，不过也因此更加熟练了操作步骤，以及更加深入的掌握了交叉耦合滤波器的工作原理及所能到达的效果，对于仿真设计中，矩形、端口边界条件等的设计考前须知及技巧也更加熟练，为后续的实验打下根底。实验二源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真一、设计指标要求：中心频率： 相对带宽： 带内回波损耗：20dB 阻带最小衰减：25dB 此滤波器通过微带结构实现，选用材料为氧化铝陶瓷的介质板，其相对介电常数为厚度为h=。该设计与仿真采用两腔谐振器，最终获得反射系数和参数系数曲线的仿真结果。二、实验设备：PC机、HFSS仿真软件。三、设计原理：交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引

16、入交叉耦合，以得到有限频率交叉零点，提高 滤波器的选择特性。一般来讲，一个N腔交叉耦合滤波器最多只能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有 N个谐振器的滤波器，如果在源与负载之间也引入耦合，那么可以实现 N个传输零点。HFSS仿真实现对滤波器贴片和馈电的建模，然后介绍端口和边界的设置，最后生成 了反射系数和传输系数曲线的仿真结果。采用两腔耦合谐振器，并引入源与负载之间的耦合，其耦合矩阵为：01.3557 00.041.355702.10270M02.102701.35570.04 01.35570四、设计仿真步骤:1建立新的工程为了方便建立模型，在geometry复选框选中。Tool>

17、Options>HFSS Options 中将 Duplicate boundaries with2设置求解类型?在菜单栏中点击 HFSS>Solution Type>Drive n Model>OK.3设置模型单位? 在菜单栏中点击 ModelerUn its>mm.4建立滤波器模型?建立介质基片1 在菜单栏中点击 Draw>Box或者在工具栏中点击按钮。2 在软件操作界面右下角输入长方体起点坐标及X、Y、Z三个方向尺寸。输入坐标时,可以用 Tab 键来切换。3) 在属性窗口中选择 Attribute标签，将该长方体命名为Substrate透明度改为0.8

18、5.4点击 Material 后面的按钮，将材料设置为 Al2_O3_ceramic, 点击 Color 后面的 Edit 按 钮，将颜色设置为绿色，点击 OK 结束。? 创立 Ring_11在菜单栏中点击 Draw>Regular Polygon.2同创立介质基片方法一样，输入坐标起点及尺寸， 然后在弹出的 Segment Number 窗口中将多边形边数改为 6，并将矩形修改名字为 Ring_1.3同理创立正多边形 Inner.4在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name, 利用 Ctrl 键选择 Ring_1 、Inner.5在菜单栏中点击 Modeler&

19、gt;Boolean>Subtract, 在 Subtract 窗口中设置：Blank Parts: Ring _1Tool Parts : InnerClone tool objects before subtract 复选框不选，点击 OK 结束。? 移动 Ring_11) 在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name, 选中 Ring_12) 在菜单栏中点击 Edit>Arrange>Move, 在坐标栏输入移动的向量。3) 同实验一方法创立矩形Cut_1,然后同时选中Ring_1、Cut_1,在菜单栏中点击Modeler>Boolean&g

20、t;Subtract, 在 Subtract 窗口中设置：Blank Parts : Ring _1Tool Parts : Cut _1Clone tool objects before subtract 复选框不选，点击 OK 结束。?通过 Ring_1 镜像创立 Ring_2?创立 Feedline_11) 在菜单栏中点击 Draw>Line.2) 在右下角的坐标栏中输入11段线段坐标并在属性Property窗口中选择Attribute标签， 将该名字修改为 Feedline_1.3) 通过 Feedline_1 镜像创立 Feedline_2? 组合 Ring_1 、 Ring_

21、2、 Feedline_1 、 Feedline_2 并重命名为 Trace. 5创立端口? 创立 port_11) 在菜单栏中点击 Modeler>Grid Plane>XZ2) 创立一个矩形并命名为 port_13) 在菜单栏中点击 HFSS>Excitations>Assign>Lumped Port, 在 Lumped Port 窗口的 General 标签中，将端口命名 p1,点击Next.4) 在Modes标签中的Integration Line中点击None,选择New Line,在坐标拦中输入起点和 尺寸，点击 Next 按钮直到结束。? 通过 p

22、ort_1 镜像创立 port_26创立 Air1在菜单栏中点击 Draw>Box或者在工具栏中点击按钮2在坐标栏输入起点和坐标尺寸，并将长方体命名为Air.7设置边界条件?设置理想金属边界条件1在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name,选中Trace.2 在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Pefect E,在弹出的对话框中将其命名为 Perf_Trace，点击 0K 结束。3 在菜单栏中点击 Edit>Select>Faces,设置为选择外表。然后点击By Name,选择Substrate 并选择其下外表

23、。4 在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Pefect E,在弹出的对话框中将其命名为 Perf_Gound,点击 OK 结束。?设置辐射边界条件1在菜单栏中点击 Edit>Select>Object,然后点击 By Name,选择Air.2 在菜单栏中点击 HFSS>Boundaries>Assign>Radiation,在弹出的对话框中点击OK结束。8为该问题设置求解频率及扫描范围? 设置求解频率1在菜单栏中点击 HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup.2在求解窗口中设

24、置：Solution Frequency:3.3GHzMaximum Number of Psaaes:15Maximum Delta S per Pass:0.02点击OK结束。?设置扫频1在菜单栏中点击 HFSS>Analysis Setup>Add Setup.2选择Setup1,点击OK结束。3在扫频窗口中设置：Sweep Type: FastFreque ncy Setup Type: Lin ear CountStart :2.6GHzStop: 4.5GHzCount: 5014将Save Field复选框选中点击 OK结束。9保存工程并命名为hfss_2couple

25、，设计结果如以下图：图一、滤波器完整模型点击菜单栏的图标，检查设计步骤是否出错。如以下图即为仿真设计正确。甲 HF55De1Validation Check completed.初 Design Settings& 兀 ModelBourtdsiiesandExciLstions# Mesh OperaliorTS# Analysis Setup& Optimetfice# Radiation图二、软件检错界面图在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如以下图状态:图三、滤波器运算界面图10丨后处理操作点击菜单栏 HFSS>Result

26、>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot.在Trace窗口中设置:Solution : Setup: SweepDomain: Sweep点击 Y 标签，选择 Category: S parameter; Quantity: S(P1 P1)、S(P2 P1); Function: dB,点击New Report按钮完成，仿真结果如下：图四、滤波器的S参数曲线以上为反射系数与传输系数曲线，观察结果图可发现，中心频率在3.3GH z,相对带宽为：3.2673.333GHz,最大的S21出现在3.3182GHz,值为。在带外，阻

27、带最小衰减大于 25dB,可见 设计结果是满足指标要求的。五、实验心得：本实验是HFSS设计仿真的第二个实验， 在实验一的根底上已经相对熟悉了一些软件操作，故实验进行较为顺利。值得注意的一个地方是：在设置边界条件平面时，选择Substrate的下底面，这一操作需要鼠标一边点击Faces, 边观察仿真区域紫色面的变化以选中其底面。得出实验结果后，参考实验书的理论知识讲解分析实验结果的正确性，再次加深对耦合交叉滤波器性能特点的理解以及运用于源一负载之间到达实现多两个传输零点的目的原理。并且通过实验也更加熟练掌握了各设计局部的操作技巧，为后续更复杂的仿真设计做好准备。实验三微波波导魔T元件的设计与仿

28、真一、设计指标要求：工作频率为4GHz此魔T元件设计仿真中采用波导结构实现，最终获得S参数曲线和场分布图的仿真结果。、实验设备:PC机、HFSS仿真软件。三、设计原理：在魔T中，当TE10模微波信号从pl端口输入时，不能在端口p3内激发电磁场，即端口 p3隔离，信号由p2和p4反相等分输出E面T特征；当信号从端口 p3输入时，不能 在端口 pl内激发电磁场，即端口 pl隔离，信号由p2和p4同相等分输出H面T特征。本实验介绍如何在 HFSS中利用沿轴复制的技巧实现对魔T的4个波导臂建模，同时介绍波端口积分线的设置，最后生成了S参数曲线和场分布图的仿真结果。四、设计仿真步骤：1建立新的工程为了方

29、便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options 中将 Duplicate boundaries withgeometry复选框选中。2设置求解类型?在菜单栏中点击 HFSS>Solution Type>Drive n Model>OK.3设置模型单位?在菜单栏中点击 ModelerUn its>mm.4设置模型的默认材料?在工具栏中设置模型的默认材料为真空 vacuum5创立魔T? 创立arm_11 在菜单栏中点击 Draw>Box或者在工具栏中点击按钮。2 在软件操作界面右下角输入长方体起点坐标及X、Y、Z三个方向尺寸。输入坐标时，

30、 可以用Tab键来切换。3 在属性Property窗口中选择 Attribute标签，将该长方体命名为arm_1.4 通过Ctrl + D操作实现3D模型适宜大小的显示。?设置鼓励端口1 在菜单栏中点击 Edit>Select>Faces,选择arm_1的上外表，选择面的方法同前两个实验 一致。2 在菜单栏中点击 HFSS>Excitation>Assign>Wave Port>General,在此窗口中将端口命名为 p1,并在宽边中点设置积分线，方法为：先定位好中点坐标，然后输入与底边一致的尺寸长度即可。然后点击 Next直到Finish结束。? 创立ar

31、m_2借助arm_1的旋转操作完成1 在3D模型窗口中鼠标左键选中arm_1或Ctrl + A.2在菜单栏中点击 Edit>Duplicate>Around Axis.设置：Axis:X,Angle:90degTotal number:2点击Next纟口束。? 创立arm_3、arm_4借助arm_2的旋转操作完成1) 在菜单栏中点击 Edit>Select> By Name,选中arm_2,点击OK结束。2) 在菜单栏中点击 Edit>Duplicate>Around Axis.设置：Axis: Z,Angle:90(deg)Total number3亠

32、_+点击Next结束。3) 利用Ctrl + D将模型显示调整至适宜大小。? Ctrl + A选中所有设计局部并Unite组合，完成创立魔 T的全部操作过程。6为该问题设置求解频率及扫描范围?设置求解频率1在菜单栏中点击 HFSS>A nalysis Setup>Add Solution Setup.2在求解窗口中设置：Solution Frequency : 4GHzMaximum Number of Psaaes : 6Maximum Delta S per Pass : 0.02 上点击OK结束。?设置扫频1在菜单栏中点击 HFSS>A nalysis Setup>

33、;Add Setup.2选择Setup1，点击OK结束。3在扫频窗口中设置：Sweep Type: FastFreque ncy Setup Type: Lin ear CountStart: 3.5GHzStop: 4.0GHzCou nt :10014将Save Field复选框选中点击 OK结束。7保存工程并命名为hfss_magic T,设计结果如以下图:图一、魔T完整模型点击菜单栏的图标，检查设计步骤是否出错。如以下图即为仿真设计正确。HFSSDesignlValiddtion Check completed.# Design Settings 专 3D Model好 Eloinii

34、aries and Excitations# Mesh Operations 寸 Araiysts Setup 矽 OptTnetrics& Radiation图二、软件检错界面图在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如以下图状态:图三、魔T运算界面图8后处理操作? S参数。1) 点击菜单栏 HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot.2) 在Trace窗口中设置：Solution : Setup: SweepDoma in: Sweep点击 Y 标签，

35、选择 Category: S parameter; Quantity: S(P1 P1)、S(P2 P1)、S(P3 P1)、S(P4 P1); Function: dB,点击 New Report 按钮完成。?S参数相位1)点击菜单栏 HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot.2在Trace窗口中设置：Solution : Setup: SweepDoma in: Sweep点击 Y 标签，选择 Category: S parameter; Quantity: S(P2 P1)、S(P4 P1)

36、； Function: cang_deg点击New Report按钮完成。S参数曲线、S参数相位结果图如下：图四、魔T的S参数曲线IT5-X-XY Plot 2nrsscGww irate-JeuCpSfillSdl4?1 « E=p hwnyJHQLp4il!)S«iLp1 ShtiTSolution : Setupl： LastAdaptiveQuantity : Mag _ E点击OK按钮完成。In Volume: All4修改场点的显示特性，在菜单栏中点击HFSS>Fields>Modify Plot Attributes>E Field,点击OK

37、 完成。在 E-Field 窗口点击 color map 标签，选择：Spectrum>Ra in bow 点击 Apply 按 钮，然后Close按钮完成设置，实现魔T中场分布的彩虹光谱呈现。实验结果如以下图：72236+003 2yiae+HU3 ieme+609 B75e+aQ3 63BZe+HUZ 6117c 1-002 5353+802 H553E+H0Z 3923e+002 33n9F：+FIR2 zzge+eaz 15加心旧目2 G7B5E+002 0EJ30e+ec0图六、魔T的场分布场分布的动态显示1在菜单栏中点击 View>Animate.2在Swept Var

38、iable标签中接受默认设置，点击Close按钮结束，即可观察到场分布动态图。可见，当端口 1被鼓励，端口 3几乎没有电磁波的分布，即被隔离，至U达实验设 计效果。动态图详见仿真文件，Word中无法给出。五、实验心得:本实验是HFSS设计仿真的第三个实验，在前两个仿真实验根底上新学习到了波端口积 分线设置的操作。这一步骤实验书中是没有给出的，需要自己观察前后仿真结果然后推算出积分线的坐标和尺寸。 积分线的设置问题在后续几个实验中也有出现，故此处也是为后续实验打好根底。实验书中出现的另一个问题是，在得到魔T场分布图时，彩虹光谱设置这一步骤错误，需要自己在仿真时弄懂英文意思及操作含义，完成正确步骤

39、。通过仿真设计过程及观察场分布、动态图结果，直观的看到了魔T中电磁波的分布与传播情况，以及4个波导臂中，会有一个被隔离，几乎没有场分布的现象。观察分析S参数幅度、相位图也可发现，端口 2、4可实现等输出，同相或反相的传输效果。总之，通过本次实验使我更加深入的了解 了魔T的工作及性能特性，受益略多。实验四 微波环形电桥兀件的设计与仿真一、设计指标要求：工作频率为4GHz环形电桥元件设计仿真中采用微带结构实现，选用介电常数为&的介质板，厚度为 h=2.286mm,最终获得S参数曲线的仿真结果。二、实验设备：PC机、HFSS仿真软件。三、设计原理：在微带环形电桥中，当信号从端口 p2输入时，

40、由于p2端口到达pl端口和到达p3端口 的长度相同因此信号平分并等幅同相自pl端口和p3端口输出，而沿p2-> p1-> p4,p2-> p3->p4两条路径的距离相差入g/2 , p2端口输入的信号传到p4端口形成大小相等、相位相反的两路，从而在p4端口互相抵消而无输出，p2端口和p4端口可看作是隔离的。同理，假设信号从p3端口输入，信号从 p2端口和p4端口等幅同相输出而 pl 口无输出，p3与pl隔 离；假设信号从p4端口输入，信号从pl端口和p3端口等幅反相输出； 假设信号从pl端口 输入，信号从p4端口和p2端口等幅反相输出。本实验介绍如何在 HFSS中实现对

41、电桥环形贴片和馈电的建模，然后介绍端口和边界的设置，最后生成了 S参数曲线的仿真结果。四、设计仿真步骤：1建立新的工程为了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options 中将 Duplicate boundaries withgeometry复选框选中。2设置求解类型?在菜单栏中点击 HFSS>Solution Type>Drive n Model>OK.3设置模型单位?在菜单栏中点击 ModelerUn its>mm.4设置模型的默认材料在工具栏中设置模型材料的下拉菜单中点击Select,在设置材料窗口中点击 Add Material按

42、钮，设置自定义材料，如以下图所示：yj Serial CoordinetiCartesianFtopertie ot the MaterialNaneTypeUnitsRelative PeiinlthdSimple233Relative兀血巴曲御Simple1Bulk ConductiveSimple0sienens/m5建立环形电桥模型? 建立介质基片 1在菜单栏中点击 Draw>Regular Poyhedron.2在坐标输入栏输入坐标起点及尺寸，然后在弹出的 Segment Number 窗口中将多边形边数改为 6，并将棱柱修改名字为Substrate.建立 Trace在菜单栏中

43、点击 Draw>Rectangle. 在坐标输入栏输入坐标起点及尺寸并将矩形修改名字为 为 Trace 设置理想金属边界条件在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name, 选中 Trace.在菜单栏中点击 HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E, 在弹出的对话框中将其命名为Perf_Trace,点击 OK 结束。为 Trace 设置鼓励端口在菜单栏中点击 Modeler>Grid Plane>XZ, 将工作平面更改为 XOZ. 在菜单栏中点击 View>Modeler Attributes>Orie

44、ntation.在观察窗口中选择观察视角 Right, 点击 Apply, 然后点击 Close 结束。 创立矩形端口面，点击 Draw>Rectangle.运用捕捉功能， 在 3D 窗口中移动鼠标， 点击左下角点作为起点， 鼠标移动至右上角点作 为终点并单击，完成矩形的设置，将其命名为 Port.在菜单栏中点击 HFSS>Excitations>Assign>Wave Port t,在 Wave Port窗口的 General 标签 中，将端口命名 p1.对于 p1 设置积分线，在 Intergration Line 的设置项中点击 None 所在的下拉菜单，选择 N

45、ew Line, 然后在坐标栏输入积分线起点和尺寸，点击 Next 按钮直到结束。创立其他 Trace 和波端口 在菜单栏中点击 在菜单栏中点击1212123456712Edit>Select>By Name, 选中 Trace、 Port. Edit>Duplicate>Around Axis. 设置：Trace.Axis : ZAngle : 60degTotal Number: 4 点击 °k 结束。123创立 Ring在菜单栏中点击 在菜单栏中点击 在菜单栏中点击 行 Unite 组合。Modeler>Grid Plane>XY ,将工作平

46、面更改为 Draw>Circle 并输入圆心坐标和半径，命名为 Edit>Select>By Name, 选中 Trace、Trace_1、XOY.Outer.Trace_2、Port、Outer,然后进4创立圆 Inner. 5在菜单栏中点击Edit>Select>By Name, 选中 Outer、 Inner 进行减法处理，设置如下：Blank Parts : OuterTool Parts : InnerClone tool objects before subtract 复选框不选，点击 OK 结束。6求解设置为该问题设置求解频率及扫描范围设置求解频率1

47、在菜单栏中点击 HFSS>A nalysis Setup>Add Solution Setup.2在求解窗口中设置：Solution Frequency:4.0GHz Maximum Number of Psaaes 20Maximum Delta S per Pass: 0.02 上 点击OK结束。?设置扫频1在菜单栏中点击 HFSS>A nalysis Setup>Add Setup.2选择Setup1，点击OK结束。3在扫频窗口中设置：Sweep Type: FastFreque ncy Setup Type: Lin ear StepStart: 2.0GHzS

48、top: 7.0GHzStep: 0.05GHz4将Save Field复选框选中点击 OK结束。点击菜单栏的图标，检查设计步骤是否出错。如以下图即为仿真设计正确。“ HFSSDosignlValidation Check completed.& Design Settings2 2D ModelM Boundaries nd Excitations3" Mesh OpetaliensAnalysis 吕ugW Optimetric?冷 Radiation图二、软件检错界面图在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如以下图状态:hfis_r

49、hg -HFSSDesianl - Sehpl; Sol wig Ports on Local Machine - RUNNINGBuildingLB图三、微带环形电桥运算界面图8后处理操作S参数。1点击菜单栏 HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Recta ngle Plot.2在Trace窗口中设置:Solution : Setupl: SweepDomain : Sweep点击 Y 标签，选择 Category: S parameter; Quantity: S(P1 P1)、S(P2 P1)、S(P3 P1)、S

50、(P4 P1); Function: dB,点击 New Report 按钮完成。?S参数相位2)点击菜单栏 HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot.2在Trace窗口中设置：Solution : Setupl: Sweep Domain : Sweep点击 Y 标签，选择 Category: S parameter; Quantity: S(P2 P1)、S(P4 P1)； Function: cang_deg点击New Report按钮完成。S参数曲线、S参数相位结果图如下：图四、微带环形电

51、桥的S参数曲线图五、微带环形电桥的 S参数相位曲线以上为微带环形电桥混合接头的S参数幅值、相位曲线结果，观察实验结果图可发现，环形电桥的工作频率大约在4GHz左右，且从端口 1到端口 2和从端口 1到端口 4的传输量S21 S41 S(P1 P1)、S(P4 P1)的交点纵坐标值约为 -3dB,满足性能要求。而此时S(P2P1) ,S(P4 P1)在工作频率约4GHz处处的相角差也约为180°左右，即反相传输。故从幅 值和相位两方面都可认为实验结果符合微带环形电桥的性能指标。五、实验心得:本实验是HFSS设计仿真的第四个实验， 原理类似实验三的魔 T微波混合接头，都有隔 离、等幅、同

52、相或反相传输信号的作用。 本实验运用到了同实验三中的积分线设置技巧和沿 轴旋转复制的操作技巧，快捷方便的完成仿真设计，节省设计工作量。新参加介绍了创立矩 形的新方法，即将 3D工作区域转换至适宜的平面如 XOZ，然后通过鼠标捕捉功能，确 定起始点，平移鼠标完成矩形的创立。但是缺乏的是实验最终出来的结果与书本略有偏差， 反复仿真了七八遍了还是得到一样的结果，与同学讨论后也是一样的无法改善，故最终就接受实际仿真出来的结果，分析结果可发现，S参数的幅值和相位曲线虽与课本有偏差，但其实也是满足工作频率在 4GHz左右、鼓励不同端口，至U达不同端口隔离及等幅同、反相传输 信号的性能指标。故可认为，实验结

53、果具有一定的准确性。实验五对称振子天线的设计与仿真、设计指标要求:中心频率为UHF对称振采用同轴线馈电，并考虑平衡馈电的巴伦结构，设计一个近似理想导体平面的 子天线，最后得到反射系数和二维辐射远场仿真结果。、实验设备：PC机、HFSS仿真软件。三、设计原理：本实验利用 HFSS 软件设计一个靠近理想导电平面的 UHF 对称阵子天线，此天线中心频率 为GHz,采用同轴馈电，并考虑了平衡馈电的巴伦结构。实验首先介绍HFSS中实现对对称振子双臂和馈电机构的建模，然后介绍端口和边界的介绍，最后生成了反射系数和二维辐 射远场的仿真结果。四、设计仿真步骤：1建立新的工程为了方便建立模型，在 Tool>

54、;Options>HFSS Options 中将 Duplicate boundaries with geometry 复选框选中。2设置求解类型?在菜单栏中点击 HFSS>Solution Type>Driven Model>OK.3设置模型单位?在菜单栏中点击 Modeler>Units>in.4设置模型的默认材料?在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select,在设置材料窗口中选择copper,点击"确定完成。5创立对称振子模型? 创立 ring_11在菜单栏中点击 Draw>Cylinder.2在坐标输入栏输入圆柱的圆心位置、半径、高

55、，并将其修改命名为ring_inner.3同理创立圆柱 ring_14在菜单栏中点击 Edit>Select> By Name, 选中 ring_1 、 ring_inner 并做减法处理， 设置如下：Blank Parts :ring _1Tool Parts :ring _ innerClone tool objects before subtract 复选框不选，点击 OK 结束。? 创立 ring_21在 3D 窗口中选中整个 ring_12在菜单栏中点击 Edit>Copy、Edit>Paste,即完成ring_1的复制，然后将其命名为ring_2.3在历史操

56、作树中展开 ring_2 、 ring_inner1, 鼠标左键双击 Create Cylinder, 将半径修改为实 验所需尺寸，此为快速创立一种模型部件的新方法。? 创立 Arm_11在菜单栏中点击 Draw>Box或者在工具栏中点击按钮2在坐标输入栏输入长方体起点及尺寸并命名为Arm_1.? 利用Ctrl + A及Unite操作，将已建立的模型组合起来。?同创立圆柱 ring_1操作创立 Center pin、Grounging pin并分别命名为 center_pin、pin.? 同创立Arm_1操作创立Arm_2.? 利用Ctrl + A及Unite操作，将已建立的模型组合起来。6创立波端口创立端口圆面模型1创立Circle,并命名为p1.设置波端口1在菜单栏中点击 HFSS>Excitatio ns>Assig n>Wave Port t,在 Wave Port 窗口的 Ge neral 标签 中，将端口命名p1.2在Modes标签中设置积分线，在Intergration Line的设置项中点击 None,选择New Line,在坐标栏输入积分线起点和尺寸，点击Next按钮直到