微波技術(shù)與天線實(shí)驗(yàn)報(bào)告利用HFSS仿真分析波導(dǎo)膜片2

1、hfss仿真分析波導(dǎo)膜片1. 實(shí)驗(yàn)原理矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)（如圖1），尺寸ab, ab，在矩形波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁波可分為te模和tm模。圖1 矩形波導(dǎo)1） te模，。其中，=而是與激勵(lì)源有關(guān)的待定常數(shù)。2） tm模=0，由的邊界條件同樣可得無(wú)窮多個(gè)tm模。注意：對(duì)于和模，m, n不能同時(shí)為零，否則全部的場(chǎng)分量為零。和模具有相同的截止波數(shù)計(jì)算公式，即（）=（）=所以，它們的截止波長(zhǎng)和截止頻率的計(jì)算公式也是一樣的，即（）=（）=（）=（）=對(duì)于給定的工作頻率或波長(zhǎng)，只有滿足傳播條件（或solution type，在彈出的solution type窗口中選擇driven modal,點(diǎn)擊ok2） 設(shè)置模型單

2、位在菜單欄中點(diǎn)擊modelerunits,設(shè)置模型單位，選擇mm3）畫(huà)波導(dǎo)（1）在菜單欄中點(diǎn)擊drawbox（2）在右下角的坐標(biāo)欄中輸入長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)位置坐標(biāo)x=0 ，y=0 ,z=0 （3）輸入長(zhǎng)方體x,y,z三個(gè)方向尺寸，dx:23，dy:10，dz:50（4）在屬性窗口中選擇attribute標(biāo)簽，該長(zhǎng)方體的名字修改為waveguide4）設(shè)置邊界條件（1）選擇波導(dǎo)的四個(gè)縱向面。通過(guò)editselectfaces,將鼠標(biāo)設(shè)置為選擇面的狀態(tài)（如圖2）；通過(guò)按鈕（旋轉(zhuǎn)功能）以及ctrl鍵實(shí)現(xiàn)選擇多個(gè)面，或者通過(guò)editselectby name（如圖3），結(jié)合ctrl鍵選中face10、11

3、、12、9（如圖4）。（2）將這四個(gè)面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界?？梢酝ㄟ^(guò)點(diǎn)擊hfssboundariesassign perfect e實(shí)現(xiàn)，或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵assign boundary perfect e（如圖5）。圖2 select faces界面圖3 select by name界面圖4 select face界面圖5 設(shè)置perfect e邊界條件5）設(shè)置激勵(lì)源wave port（1）選中波導(dǎo)的一個(gè)端口面（垂直于z軸的平面）；（2）點(diǎn)擊hfssexcitationsassignwave port，或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵assign excitationwave port（如圖6）。（3）另外一個(gè)

4、端口面執(zhí)行同樣的操作。圖6 設(shè)置wave port界面6）設(shè)置求解頻率（1）在菜單欄中點(diǎn)擊hfssanalysis setupadd solution setup（2）在求解設(shè)置窗口中，設(shè)置solution frequency：13ghz。7）保存工程 在菜單欄中點(diǎn)擊filesave as8）求解該工程在菜單欄中點(diǎn)擊hfssanalyze all9）畫(huà)場(chǎng)分布圖在菜單欄中點(diǎn)擊hfssfieldsplot fieldse，電場(chǎng)幅度分布（如圖7）。圖7 波導(dǎo)中電場(chǎng)強(qiáng)度幅度分布10）觀察數(shù)據(jù)結(jié)果點(diǎn)擊hfssresultssolution data（如圖8），在matrix data項(xiàng)中可以查看s參數(shù)以

5、及gamma等參數(shù)。圖8 查看solution data界面hfss仿真波導(dǎo)容性膜片畫(huà)波導(dǎo)：box類(lèi)型，定點(diǎn)坐標(biāo)（0,0,0），尺寸（23mm,10mm,50mm）畫(huà)膜片1 （b=0.5b）（1）在菜單欄中點(diǎn)擊drawrectangle（2）在右下角的坐標(biāo)欄中輸入長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)位置坐標(biāo)x=23，y=0，z=10。 （3）輸入長(zhǎng)方體x,y,z三個(gè)方向尺寸，dx:-23，dy:2.5。（4）名字改為iris1。畫(huà)膜片2（1）在菜單欄中點(diǎn)擊drawrectangle（2）在右下角的坐標(biāo)欄中輸入長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)位置坐標(biāo)x=23 ，y=10 ,z=10 （3）輸入長(zhǎng)方體x,y,z三個(gè)方向尺寸，dx:-23

6、，dy:-2.5（4）名字改為iris2。設(shè)置顏色透明度的方法以waveguide為例，雙擊waveguide，點(diǎn)擊transparent右側(cè)的欄目，通過(guò)拖動(dòng)比例值調(diào)整顏色的透明度（如圖9）。圖9 調(diào)整顏色的透明度畫(huà)完的波導(dǎo)膜片如圖10。設(shè)置邊界條件（1）選中波導(dǎo)的四個(gè)長(zhǎng)側(cè)面設(shè)置為理想導(dǎo)體perfect e。（2）選中iris1，設(shè)置為理想導(dǎo)體（點(diǎn)擊hfssboundariesassign perfect e）。（3）選中iris2， 設(shè)置為理想導(dǎo)體。設(shè)置激勵(lì)源（1） 選擇波導(dǎo)的上面端口設(shè)置為wave port （1）選擇波導(dǎo)的下面端口設(shè)置為wave port設(shè)置求解條件hfssanalysi

7、s setup中，將頻率設(shè)置為13ghz。點(diǎn)擊進(jìn)行計(jì)算。圖10 波導(dǎo)膜片畫(huà)膜片上的電流矢量圖(1) 先將waveguide隱藏只顯示兩個(gè)膜片。點(diǎn)擊工具，將visibility下的一列waveguide的除掉（如圖11）。圖11 隱藏waveguide(2) 畫(huà)場(chǎng)分布圖同時(shí)選中iris1與iris2，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵plot fieldsjvector_jsurf，出現(xiàn)如圖12界面，點(diǎn)擊done，電流矢量圖如圖13。 圖12 畫(huà)電流矢量 圖13 電流矢量分布圖 (3) 演示場(chǎng)分布動(dòng)態(tài)圖右鍵點(diǎn)擊field overlaysanimate（如圖13），其它項(xiàng)為缺省值。圖13 選擇animate通過(guò)hfs

8、sresultssolution data記錄仿真的s參數(shù)。并與式（1）中計(jì)算的理論值進(jìn)行比較（如表1）。從表中可見(jiàn)，仿真值與理論值基本一致，仿真方法正確。表1 容性膜片的s參數(shù)理論值與仿真值（b=0.5b）s|s11|s21|s12|s22|13ghz理論值0.2520.9680.9680.252仿真值0.2270.9450.9450.227設(shè)置變量利用hfss的變量功能，可以將波導(dǎo)的尺寸設(shè)置為變量a和b，膜片之間的距離設(shè)置為變量b，以便調(diào)整尺寸大小。具體步驟如下：（1） 設(shè)置變量a和變量b。雙擊waveguide下的creatbox（如圖14），在xsize欄輸入“$a”（代表全局變量a）

9、，變量值賦為23mm（如圖15）。在ysize欄輸入“$b”，變量值賦為10mm（如圖16）。圖14 waveguide下的creatbox圖15 輸入變量a圖16 輸入變量b（2） 設(shè)置膜片的變量。將iris1的position賦為(0mm,0mm,10mm)，xsize為$a，ysize賦為($b-$bp)/2，變量$bp的值賦為0.5*$b（如圖17）。同樣方法將iris2的position賦為(0mm,$b,10mm)，xsize為$a，ysize賦為-($b-$bp)/2（如圖18）。圖17 iris1的變量圖18 iris2的變量（3） 調(diào)整變量參數(shù)。點(diǎn)擊pojectproject

10、 variables（如圖19），點(diǎn)擊values一列的欄目可以更改各變量的值或者計(jì)算公式（如圖20）圖19 project variables圖20 各變量及變量值3、實(shí)驗(yàn)要求以a=23mm，b=10mm的波導(dǎo)為例，仿真波導(dǎo)容性膜片（b=0.6b），要求（1） 簡(jiǎn)要概括仿真步驟（比如波導(dǎo)的頂點(diǎn)與尺寸，膜片的頂點(diǎn)與尺寸，邊界條件設(shè)置步驟，源的設(shè)置）；（2） 給出膜片上的電流矢量分布圖；（3） 將軟件計(jì)算的s參數(shù)與理論值進(jìn)行比較填入表中。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告從以下封面開(kāi)始，將上面文字全部刪除，實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以雙面打?。┪⒉夹g(shù)與天線實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 實(shí)驗(yàn)3：利用hfss仿真分析波導(dǎo)膜片學(xué)生班級(jí)： 學(xué)生姓名：

11、 學(xué)生學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)日期： 2011年 月 日（填寫(xiě)實(shí)際實(shí)驗(yàn)日期）1. 仿真步驟（1） 畫(huà)圖畫(huà)波導(dǎo)。長(zhǎng)方體，頂點(diǎn)為。，尺寸為。，命名為。畫(huà)膜片1。xy面上的矩形，頂點(diǎn)為。，尺寸為。，命名為。畫(huà)膜片2。xy面上的矩形，頂點(diǎn)為。，尺寸為。，命名為。（2） 設(shè)置邊界條件。（3） 設(shè)置激勵(lì)源。（4） 設(shè)置求解條件2. 仿真結(jié)果（1）膜片上的電流矢量如圖1。圖1膜片上的電流矢量分布（2）膜片的s參數(shù)理論值與仿真值比較如表1。表1 波導(dǎo)感性膜片的s參數(shù)理論值與仿真值（b=0.6b）頻率|s11|s12|s21|s22|13ghz理論值0.15690.98760.98760.1569仿真值6 passes10 passes12 passes15 pas