HFSS波導(dǎo)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告參考模板

1、電磁場與電磁波課程仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)號(hào)U姓名唐彬?qū)I(yè)電子科學(xué)與技術(shù)院（系）光學(xué)與電子信息學(xué)院2014年12月3日1實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)HFSS仿真波導(dǎo)的步驟，畫出波導(dǎo)內(nèi)場分布圖，理解波的傳播與截止概念。2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在HFSS中完成圓波導(dǎo)的設(shè)計(jì)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(jì)算。3仿真模型(1)模型圖形2040tmm)(2)模型參數(shù)Properta!waveguide-HF55Degnl-ModelerConrod:心JTiOVflluftUnitHv&luata1ValueD&EcripiigCgnmanlCreateCyli.aidurCoardin

2、.te.GlobalCmiatrPae.1,nriOmniDmrriDnn辰込zKadiusinmnlUnniKaight10nrilOninHinLerq£.00rSh.4¥iHi誦亡IH昌（3）仿真計(jì)算參數(shù)根據(jù)圓波導(dǎo)主模為TE1?f二*二卩,a為半徑，p'=1.84111c112兀2兀aF11a=1mm，代入公式得截止頻率f=8.8GHz，因此設(shè)置求解頻率為11GHz，起始頻率為9GHz，終止頻率為35GHz。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析4.1電場分布圖01530(mm)2.6445=+43032.B421e+43032.it3Me+031.B311E«30B1.

3、2223E+43031.6331=+430341LS3EW30ZZ.090aEw30Z6.3279t+H30030mmj1,B203C.+H3631,H256t.+H303EFiHltlV_pBr=m3,E'SaHe.+eS3.07603缶B504D-t0033.076£40332.叭啊E003Z.BZl£40a32.4-99461-003Z.Z3B6&4O332.0339d-0031.B3L讓彌31.62B3B40331.425ae-b0031.2223B40331.0201E-b003B.17B4E40Q26.1A羽叭002斗L1E3B400Z2.090

4、00325.3279&4000圖形分析：將垂直于z周的兩個(gè)圓面設(shè)為激勵(lì)源，利用animate選項(xiàng)可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)圓面上的電場強(qiáng)度按圖中的顏色由紅變藍(lán)周期性變化，圖形呈橢圓形，且上底面中心為紅色時(shí)，下底面中心為藍(lán)色。即上底面中心的電場強(qiáng)度最大時(shí)，下底面中心的電場強(qiáng)度為最小。這是由于波的反射造成的。對(duì)于圓波導(dǎo)的側(cè)面，由動(dòng)態(tài)圖可知電場強(qiáng)度始終處于藍(lán)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(lì)源之間反射，反射到側(cè)面上的電場較少。42磁場分布圖圖形分析：根據(jù)電場與磁場的關(guān)系式一一課本式（9.46）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

5、也可看出，波導(dǎo)中磁場的最大值出現(xiàn)在側(cè)面，兩底面的中心的顏色為藍(lán)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(jié)果。另一方面，根據(jù)圖中各個(gè)顏色代表的場強(qiáng)大小也可以近似驗(yàn)證，電場與磁場的大小的確是c倍的關(guān)系。而且在導(dǎo)體中的電磁波，磁場與電場還存在相位差，這一點(diǎn)也可從兩者的動(dòng)態(tài)圖中驗(yàn)證該結(jié)論。43電流分布圖Jsurf!_per_n7.394e-h0BG6.937Be-h0BG6.813e-EIM5.56a3e*0OT5.LllBeBOT卜&55364SE0卜193664003.7423640E03.ZB5E640E02.62920£02.3727e0£01.

6、916?E-n0ffl1.眄盯“BE0l.GG3?E-h0BG5.467Be-06L9.01376-00230(mm)圖形分析：面電流變化的圖形特點(diǎn)與磁場變化的圖形特點(diǎn)相類似，原因可以根據(jù)麥克斯韋方程*頁=7+竺dt（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XYPlot1HFSSDe5ign1島35DD5DD10DDiiiiI15002D.DD3500Freq|GHz3Q.D0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(gè)吸收峰。第一個(gè)吸收峰之前的無衰減傳輸（OdB）對(duì)應(yīng)的是單模傳輸，也即主模傳輸，TE模

7、式。根據(jù)上網(wǎng)查閱的一些資料，我了解了為什么TE模式是圓1111波導(dǎo)的主模，而且其對(duì)應(yīng)的就是截止頻率。只有高于截止頻率頻率的波才能在波導(dǎo)中無衰減傳輸。第一個(gè)吸收峰以后的無衰減傳輸都是多模傳輸。45色散曲線圖XVPlot2HFSSDesignl蠱CfrvcinRjSetiipl:Swmp62500兌匸BLUEnJDE250.DQ125.DQ150zn.'m'25.0DReqDGRJ5.001Q0D35.00圖形分析：根據(jù)課本上對(duì)色散知識(shí)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(dǎo)率會(huì)隨頻率的變化而變化。當(dāng)電磁波傳播頻率高于截止頻率時(shí)，在色散介質(zhì)中傳播的波的波數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)，由課

8、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(jié)果圖的趨勢一致。4.6功率計(jì)算結(jié)果Scl:1.00122010342634Scl:IntegrateSurfacE(Global:XY，,Dot(Real(Poyntmg)rSurfacENormal結(jié)果分析：坡印廷矢量是單位時(shí)間內(nèi)電磁場通過單位表面積向外傳遞的能量。仿真時(shí)選取的是垂直于z軸的xy平面，由于輸入功率是1，仿真結(jié)果在誤差范圍內(nèi)也可認(rèn)為功率計(jì)算結(jié)果與輸入功率相等，能量守恒定律得到驗(yàn)證。誤差可能來源與仿真計(jì)算時(shí)的誤差，還與設(shè)置的迭代次數(shù)與步長有關(guān)。5實(shí)驗(yàn)小結(jié)這次上機(jī)實(shí)驗(yàn)我有以下幾個(gè)方面的感觸：第一，通過這次實(shí)驗(yàn)我學(xué)會(huì)使用

9、了HFSS這一仿真軟件。雖然之前在一個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)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(jìn)行計(jì)算，并沒有真正去使用、去開發(fā)HFSS更多強(qiáng)大的功能。所以這次實(shí)驗(yàn)讓我又學(xué)會(huì)了一種專業(yè)軟件，對(duì)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(shí)驗(yàn)，說明波導(dǎo)、截止頻率還有主模傳輸這些概念在實(shí)際應(yīng)用，尤其是通信方面，有很重要的應(yīng)用。利用這次機(jī)會(huì)，我在網(wǎng)上查閱了關(guān)于圓波導(dǎo)的一些資料，自學(xué)了許多東西。比如圓波導(dǎo)中TE波的解，以及為什么TE11模式是主模，Tl£波E嚴(yán)0,H嚴(yán)仏,淞hO采用分離變量法及邊界條件，求得縱向磁場的通解為比（風(fēng)魚）=&#

10、163;£H丄m-Qn=cosmgrP1口）sinm（p）其中，人為m階貝塞爾函數(shù)；血川為m階貝塞爾函數(shù)的一階導(dǎo)M的第D個(gè)根clEJim=“酗h«波導(dǎo)模TE訕和TMrnn的截止波數(shù)分別為各模式的截止波長分別為:mu在所有的模式中，TE“模截止波長最長，其次為TM模，三種典型模式的截止波長分別為久cte”=*4126"Atm0!=2.6127a/Lc=1,6398a圓波導(dǎo)中各模式截止波長的分布圖第二，就是在仿真時(shí)要注意一些細(xì)節(jié)問題，比如在計(jì)算時(shí)需要注意軟件提示的收斂問題，只有當(dāng)計(jì)算是收斂時(shí)結(jié)果才是有意義的。HFSSDheigrLl(DrivejJIoil：il)Ad

11、aptiveF：±eesedidnutcunvergebasedctlspecifiedcriteri：±.(.7:50:41下午十月0£_,12014：1"''0Nurm:alcompletion.o£siniulationonserver:LocalMachine.(7：50：51下牛+_月02,2014)fitNormalcompletiono£simulat1ononserver!LocalMachine.lj!55!59下牛+月02,2014JFastestup.hf3ii：Fc-亡iiny色尸込總口亡目indita.ij：58：41下牛+二，冃並02,£ul4p_'FnyEehf3d：ForircunvergurLCPinseedingd：±ta.lj158：41下午十二冃02.2014)_'UurrTuilcunpletiunofsinnilatiijnunserver:Loc：ilMachiiLH.lj:58:4Z下午十二月OE,.2014)IIurm：=J_:ompletiuno£eirmilat1cmunzerver!Lu