hfss波導仿驗報告參考模板

1、電磁場與電磁波課程仿真實驗報告學 號 U201213977姓 名 唐 彬?qū)?業(yè) 電子科學與技術 院 （系） 光學與電子信息學院2014 年 12 月 3 日1.實驗目的學會HFSS仿真波導的步驟，畫出波導內(nèi)場分布圖，理解波的傳播與截止概念。 2.實驗內(nèi)容在HFSS中完成圓波導的設計與仿真，要求完成電場、磁場、面電流分布、傳輸曲線、色散曲線和功率的仿真計算。（1）模型圖形（2）模型參數(shù)（3）仿真計算參數(shù)根據(jù)圓波導主模為TE11，a=1mm，代入公式得截止頻率f=8.8GHz，因此設置求解頻率為11GHz，起始頻率為9GHz，終止頻率為35GHz。4.實驗結果及分析4.1電場分布圖 圖形分析：將垂

2、直于Z周的兩個圓面設為激勵源，利用animate選項可以發(fā)現(xiàn)，兩個圓面上的電場強度按圖中的顏色由紅變藍周期性變化，圖形呈橢圓形，且上底面中心為紅色時，下底面中心為藍色。即上底面中心的電場強度最大時，下底面中心的電場強度為最小。這是由于波的反射造成的。對于圓波導的側(cè)面，由動態(tài)圖可知電場強度始終處于藍綠色，也就是一直較小。這說明電場更多的是在兩底面，即兩激勵源之間反射，反射到側(cè)面上的電場較少。4.2磁場分布圖 圖形分析：根據(jù)電場與磁場的關系式課本式（）可知，電場的大小是磁場大小的c倍（c為真空中的光速），電場方向與磁場方向處處垂直，在圖中也可看出，波導中磁場的最大值出現(xiàn)在側(cè)面，兩底面的中心的顏色為

3、藍綠色，且底面的兩邊為雙曲線的形狀，這就是磁場與電場相互垂直的結果。另一方面，根據(jù)圖中各個顏色代表的場強大小也可以近似驗證，電場與磁場的大小的確是c倍的關系。而且在導體中的電磁波，磁場與電場還存在相位差，這一點也可從兩者的動態(tài)圖中驗證該結論。4.3電流分布圖 圖形分析：面電流變化的圖形特點與磁場變化的圖形特點相類似，原因可以根據(jù)麥克斯韋方程（微分形式） （積分形式）知道，面電流密度大小與磁場大小成正比，因此兩者的變化規(guī)律相同。4.4傳輸曲線圖 圖形分析：由于所取的頻率區(qū)間較窄（935GHz），所以傳輸特性曲線中只有兩個吸收峰。第一個吸收峰之前的無衰減傳輸（0dB）對應的是單模傳輸，也即主模傳輸

4、，TE11模式。根據(jù)上網(wǎng)查閱的一些資料，我了解了為什么TE11模式是圓波導的主模，而且其對應的就是截止頻率。只有高于截止頻率頻率的波才能在波導中無衰減傳輸。第一個吸收峰以后的無衰減傳輸都是多模傳輸。4.5色散曲線圖 圖形分析：根據(jù)課本上對色散知識的介紹，我們知道色散發(fā)生的本質(zhì)原因是介電常數(shù)和磁導率會隨頻率的變化而變化。當電磁波傳播頻率高于截止頻率時，在色散介質(zhì)中傳播的波的波數(shù)是一個復數(shù)，由課本（9.169）式可知，其虛部的大小隨頻率的增大而增大，與仿真結果圖的趨勢一致。4.6功率計算結果 結果分析：坡印廷矢量是單位時間內(nèi)電磁場通過單位表面積向外傳遞的能量。仿真時選取的是垂直于z軸的xy平面，由

5、于輸入功率是1，仿真結果在誤差范圍內(nèi)也可認為功率計算結果與輸入功率相等，能量守恒定律得到驗證。誤差可能來源與仿真計算時的誤差，還與設置的迭代次數(shù)與步長有關。5.實驗小結這次上機實驗我有以下幾個方面的感觸：第一，通過這次實驗我學會使用了HFSS這一仿真軟件。雖然之前在一個創(chuàng)新團隊中接觸過HFSS來做智能吸波方面的仿真，但那都只是用MATLAB來編程調(diào)用HFSS進行計算，并沒有真正去使用、去開發(fā)HFSS更多強大的功能。所以這次實驗讓我又學會了一種專業(yè)軟件，對以后讀研、工作等方面都很有幫助。第二，老師之所以讓我們做這次仿真實驗，說明波導、截止頻率還有主模傳輸這些概念在實際應用，尤其是通信方面，有很重要的應用。利用這次機會，我在網(wǎng)上查閱了關于圓波導的一些資料，自學了許多東西。比如圓波導中TE波的解，以及為什么TE11模式是主模，第三，就是在仿真時要注意一些細節(jié)問題，比如在計算時需要注意軟件提示的收斂問題，只有當計算是收斂時結果才是有意義的。第四，讓我對書上波導部分的內(nèi)容有了直觀上的認識，而不單純是抽象的理論知識，是理論在實踐中的一次很好應用。另一方面，通過此次實驗我也了解到了