HT型波導(dǎo)-微波天線設(shè)計(jì)

1、仿真技術(shù)綜合設(shè)計(jì)H-T型波導(dǎo)仿真設(shè)計(jì)班 級(jí)： 通信13-3班 姓 名： 王亞飛 學(xué) 號(hào)： 1306030318 指導(dǎo)教師： 徐 維 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院 信息與通信工程系 目 錄1設(shè)計(jì)概述32 T型波導(dǎo)設(shè)計(jì)步驟32.1創(chuàng)建T型波導(dǎo)模型32.1.1 新建工程設(shè)置32.2.2 創(chuàng)建T 形波導(dǎo)模型42.2求解設(shè)置93查看分析設(shè)計(jì)結(jié)果103.1參數(shù)掃描和分析求解113.2查看參數(shù)掃描結(jié)果114心得體會(huì)131設(shè)計(jì)概述本課程設(shè)計(jì)所要分析的器件是圖1.1 所示的一個(gè)帶有隔片的T 形波導(dǎo)。端口1 是信號(hào)輸入端口，端口2 和端口3 是信號(hào)輸出端口。正對(duì)著端口1 一側(cè)的波導(dǎo)壁上凹進(jìn)去一塊，相當(dāng)于放置了一個(gè)

2、隔片，通過(guò)改變隔片的位置可以改變端口1 到端口2 和端口3 的傳輸功率以及端口1 的反射功率。仿真實(shí)驗(yàn)的的目標(biāo)是：在工作頻率為10GHz 時(shí)，使端口3 的輸出功率是端口2 輸出功率的兩倍。圖1.1 T形波導(dǎo)2 T型波導(dǎo)設(shè)計(jì)步驟2.1創(chuàng)建T型波導(dǎo)模型2.1.1 新建工程設(shè)置1運(yùn)行HFSS 并新建工程啟動(dòng)HFSS 軟件。HFSS 啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)名稱為Project1 的新工程和名稱為HFSSDesign1 的新設(shè)計(jì)。從主菜單欄選擇命令【File】【Save As】，把工程文件另存為T(mén)ee.hfss。然后右鍵單擊HFSSDesign1，從彈出菜單中選擇【Rename】命令項(xiàng)，把設(shè)計(jì)文件H

3、FSSDesign1 重新命名為T(mén)eeModal。2選擇求解類(lèi)型從主菜單欄選擇【HFSS】【Solution Type】，打開(kāi)如圖2.1 所示的Solution Type 對(duì)話框，選中Driven Modal 單選按鈕，單擊OK按鈕。3設(shè)置長(zhǎng)度單位從主菜單欄選擇【Modeler】【Units】，打開(kāi)如圖2.1 所示的Set Model Units 對(duì)話框，選擇英寸（in）單位，單擊OK按鈕。此時(shí)，設(shè)置了建模時(shí)的默認(rèn)長(zhǎng)度單位，即英寸。圖2.1 設(shè)置求解類(lèi)型和長(zhǎng)度單位2.2.2 創(chuàng)建T 形波導(dǎo)模型T 形波導(dǎo)模型可以分解開(kāi)來(lái)，看做由3 個(gè)相同大小的長(zhǎng)方體疊加而成，這里首先創(chuàng)建第一個(gè)長(zhǎng)方體，并設(shè)置其材

4、料屬性和端口激勵(lì)，然后通過(guò)復(fù)制操作命令創(chuàng)建第二和第三個(gè)長(zhǎng)方體，最后通過(guò)合并操作命令創(chuàng)建完整的T 形波導(dǎo)模型。1.創(chuàng)建長(zhǎng)方體（1）從主菜單欄選擇【Tools】【Options】【Modeler Options】，打開(kāi)3D Modeler Options對(duì)話框，選擇Drawing 選項(xiàng)卡，確認(rèn)選中Edit Properties of new primitives 復(fù)選框，然后單擊OK按鈕。（2）從主菜單欄選擇【Draw】【Box】，或者單擊工具欄的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建長(zhǎng)方體模型的工作狀態(tài)，移動(dòng)鼠標(biāo)光標(biāo)到HFSS 工作界面的右下角狀態(tài)欄，在狀態(tài)欄輸入長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)坐標(biāo)為（0，0.45，0）。按下回車(chē)鍵確認(rèn)

5、后，在狀態(tài)欄輸入長(zhǎng)方體的長(zhǎng)（dx）、寬（dy）、高（dz）分別為2、0.9、0.4。再次按下回車(chē)鍵確認(rèn)后，會(huì)彈出新建長(zhǎng)方體的“屬性”對(duì)話框，通過(guò)“屬性”對(duì)話框可以設(shè)置和修改物體的位置、尺寸、名稱、材料和透明度等屬性。這里選擇Attribute 選項(xiàng)卡，將長(zhǎng)方體名稱項(xiàng)（Name）改為T(mén)ee，長(zhǎng)方體材料屬性（Material）保持為真空（vacuum）屬性不變；單擊Transparent 項(xiàng)的數(shù)值條，在彈出窗口中移動(dòng)滑動(dòng)條設(shè)置其值為0.4，以提高長(zhǎng)方體的透明度。圖2.2創(chuàng)建好的長(zhǎng)方體2設(shè)置波端口激勵(lì)（1）按F 鍵切換到面選擇狀態(tài)，單擊選中長(zhǎng)方體上位于x = 2 處平行于yz 面的平面，選中的平面會(huì)

6、高亮顯示。（2）在三維模型窗口內(nèi)單擊右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇【Assign Excitation】【W(wǎng)ave Port】，打開(kāi)波端口設(shè)置對(duì)話框，在Name 項(xiàng)輸入端口名稱Port1，單擊“下一步”按鈕；在新窗口中單擊打開(kāi)Integration Line 下方的下拉列表框，選擇New Line 選項(xiàng)，設(shè)置端口的積分校準(zhǔn)線，如圖2.3所示。圖2.3設(shè)置端口的積分校準(zhǔn)線（3）選中并單擊圖2.3所示的New Line 后，進(jìn)入端口積分線繪制狀態(tài)。此時(shí)移動(dòng)鼠標(biāo)光標(biāo)到前面所選中并高亮顯示的平面下邊緣的中間位置，即坐標(biāo)（2，0，0）處，單擊鼠標(biāo)左鍵，確定積分線的起始點(diǎn)；然后再移動(dòng)鼠標(biāo)光標(biāo)到該平面上邊緣的

7、中間位置，即坐標(biāo)（2，0，0.4）處，再次單擊鼠標(biāo)，確定積分線的終止點(diǎn)，完成積分線設(shè)置，如圖2.4 所示。圖2.4設(shè)置積分線的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)3復(fù)制長(zhǎng)方體（1）從主菜單欄選擇 【Tools】【Options】【HFSS Options】，打開(kāi)HFSS Options 對(duì)話框，選擇General 選項(xiàng)卡， 選中Duplicate boundaries withgeometry 復(fù)選框，然后單擊“確定”按鈕。（2）依次復(fù)制長(zhǎng)方體創(chuàng)建T 形波導(dǎo)的第二個(gè)臂、第三個(gè)臂。展開(kāi)操作歷史樹(shù)，單擊選擇Tee 節(jié)點(diǎn)，即可選中剛剛新建的名稱為T(mén)ee 的長(zhǎng)方體，然后進(jìn)行復(fù)制。圖2.5第一次復(fù)制后的模型 圖2.6 第二次

8、復(fù)制后的模型4合并長(zhǎng)方體（1）從主菜單欄選擇【Tools】【Options】【Modeler Options】，打開(kāi)3D ModelerOptions 對(duì)話框，選擇Operation 選項(xiàng)卡，確認(rèn)Clone tool objects before unite 復(fù)選框未被選中。（2）單擊鍵盤(pán)上的O 鍵，切換到物體選擇狀態(tài)，單擊物體選中第一個(gè)長(zhǎng)方體Tee，接著按下Ctrl 鍵同時(shí)選中第二個(gè)長(zhǎng)方體Tee_1 和第三個(gè)長(zhǎng)方體Tee_2，確保3 個(gè)長(zhǎng)方體都被選中之后，從主菜單欄選擇【3D Modeler】【Boolean】【Unite】命令，執(zhí)行合并操作，將3 個(gè)長(zhǎng)方體合并生成一個(gè)如圖2.7 所示的T

9、形物體模型，合并后的物體名稱和屬性與第一個(gè)被選中的物體相同。圖2.7 合并好的長(zhǎng)方體5創(chuàng)建隔片（1）創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)方體。從主菜單欄選擇【Draw】【Box】，進(jìn)入新建長(zhǎng)方體工作狀態(tài)。移動(dòng)鼠標(biāo)光標(biāo)在三維模型窗口任選一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，在xy 面展開(kāi)成長(zhǎng)方形，單擊確定；再沿著z 軸移動(dòng)鼠標(biāo)光標(biāo)展開(kāi)成長(zhǎng)方體，單擊確定，完成后彈出“屬性”對(duì)話框。（2）設(shè)置長(zhǎng)方體的位置和尺寸。在“屬性”對(duì)話框的Command 選項(xiàng)卡界面，Position 欄輸入“0.45in，Offset-0.05in，0in”，設(shè)置長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)位置（注意：此處Offset 是個(gè)變量，由于尚未定義，所以數(shù)據(jù)輸入時(shí)要帶上單位in），按回車(chē)鍵確定，

10、此時(shí)會(huì)彈出Add Variable 對(duì)話框，要求設(shè)置變量Offset 的初始值，在Value 欄處輸入“0in”，然后單擊OK，返回“屬性”對(duì)話框.在Xsize、Ysize 和Zsize 欄處分別輸入0.45、0.1 和0.4，設(shè)置長(zhǎng)方體的長(zhǎng)寬高尺寸。然后，選擇“屬性”對(duì)話框的Attribute 選項(xiàng)卡，在Name 欄處輸入長(zhǎng)方體的名稱Septum，單擊”確定”完成。此時(shí)，在T 形波導(dǎo)內(nèi)部添加了一個(gè)小長(zhǎng)方體。（3）相減操作。展開(kāi)操作歷史樹(shù)，首先選中Tee，按下Ctrl 鍵的同時(shí)再選中Septum，確認(rèn)Tee 和Septum 都被選中，之后，從主菜單欄選擇【3D Modeler】【Boolean

11、】【Subtract】命令或者單擊工具欄的按鈕，打開(kāi)相減操作對(duì)話框。確認(rèn)對(duì)話框中Tee 在Blank Parts 欄，Septum 在Tool Parts 欄，表明是從模型Tee中去掉模型Septum。單擊按鈕執(zhí)行相減操作。相減操作完成后，創(chuàng)建的完整的T 形波導(dǎo)模型如圖2.8所示。圖2.8 創(chuàng)建好的隔片2.2求解設(shè)置在工作界面左側(cè)的工程管理窗口（Project Manager）中，展開(kāi)TeeModal 設(shè)計(jì)，選中Analysis 節(jié)點(diǎn)，單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中單擊【Add SolutionSetup】，打開(kāi)“求解設(shè)置”對(duì)話框。在該對(duì)話框中，Solution Frequency 項(xiàng)輸入10，

12、默認(rèn)單位為GHz，其他項(xiàng)都保持默認(rèn)設(shè)置不變，如圖2.9所示，單擊“確定”結(jié)束。此時(shí)，就在工程管理窗口Analysis 節(jié)點(diǎn)下添加了一個(gè)名稱為Setup1 的求解設(shè)置項(xiàng)。圖2.9 添加求解設(shè)置3查看分析設(shè)計(jì)結(jié)果1添加參數(shù)掃描變量選中工程樹(shù)下的Optimetrics 節(jié)點(diǎn)，單擊右鍵，從彈出菜單欄中選擇【Add】【Parametric】，打開(kāi)Setup Sweep Analysis 對(duì)話框，單擊對(duì)話框的Add按鈕，打開(kāi)Add/EditSweep 對(duì)話框；在Add/Edit Sweep 對(duì)話框中，Variable 項(xiàng)選擇變量Offset 作為掃描變量，掃描類(lèi)型選擇為L(zhǎng)inear Step，Start、

13、Stop、Step 項(xiàng)分別輸入0、1、0.1，單位為英寸（in），然后單擊Add按鈕，設(shè)置過(guò)程如圖2.39 所示。單擊OK按鈕，回到Setup Sweep Analysis對(duì)話框。選擇Options 選項(xiàng)卡，選中Save field and mesh 復(fù)選框，這樣可以保存每個(gè)求解變量的場(chǎng)分析結(jié)果。2定義輸出變量定義 3 個(gè)輸出變量Power11、Power21 和Power31，分別代表端口1、端口2 和端口3的輸入/輸出功率。可以通過(guò)選擇Setup Sweep Analysis 對(duì)話框的Calculations 選項(xiàng)卡來(lái)設(shè)置。3.1參數(shù)掃描和分析求解上面的工作完成后，單擊工具欄的按鈕，檢驗(yàn)設(shè)

14、計(jì)的正確性。檢查沒(méi)有錯(cuò)誤后，就可以運(yùn)行仿真計(jì)算了。選中工程樹(shù)Optimetrics 節(jié)點(diǎn)下的ParametricSetup1 項(xiàng)，單擊右鍵，在彈出菜單中選擇【Analyze】命令，運(yùn)行仿真分析。圖2.10 檢驗(yàn)設(shè)計(jì)3.2查看參數(shù)掃描結(jié)果1.創(chuàng)建功率分配隨變量Offset 變化的關(guān)系圖（1）右鍵單擊工程樹(shù)中的Results 項(xiàng)，從彈出菜單中選擇【Create Modal Solution DataReport】【Rectangular Plot】，打開(kāi)如圖2.11所示的對(duì)話框。圖2.11 創(chuàng)建圖形化結(jié)果（2） 在該對(duì)話框中，X 項(xiàng)選擇Offset；在Y 欄下方的Category 列選擇Outpu

15、t Variables，Quantity 列通過(guò)按下Ctrl 鍵同時(shí)選擇Power11、Power21 和Power31，F(xiàn)unction 列選擇none。（3）單擊“New Report”按鈕，即可繪制出輸出變量Power11、Power21、Power31 與變量Offset 的關(guān)系曲線報(bào)告，如圖2.12 所示。圖2.12輸出變量隨變量Offset 變化的關(guān)系圖從圖2.12 的結(jié)果報(bào)告中可以看出，當(dāng)變量Offset 值逐漸變大，即隔片位置向端口2 移動(dòng)時(shí)，端口2 的輸出功率逐漸減小，端口3 的輸出功率逐漸變大；當(dāng)隔片位置超過(guò)0.3 英寸時(shí)，端口1 的反射明顯增大，端口3 的輸出功率開(kāi)始減小。因此，在后面的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以設(shè)置變量Offset 優(yōu)化范圍的最大值為0.3 英寸。同時(shí)，從圖2.12 還可以看出，在offset=0.1 英寸時(shí)，端口3 的輸出功率約為0.65，端口2 的輸出功率略大于0.3，此處端口3 的輸出功率約為端口2 輸出功率的兩倍。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)置變量Offset 的優(yōu)化初始值為0.1英寸。另外，變量Offset 優(yōu)化范圍的最小值可以取0 英寸。2. 動(dòng)態(tài)演示場(chǎng)分布圖2.13 動(dòng)態(tài)演示場(chǎng)分布4心得體會(huì)本次對(duì)T型波導(dǎo)的設(shè)計(jì)是利用HFSS仿真軟