微波技术及天线实验2利用HFSS仿真分析矩形波导.doc
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微波技术及天线实验2利用HFSS仿真分析矩形波导.doc
- 实验3:利用HFSS仿真分析矩形波导一、 实验原理矩形波导的构造如图1,尺寸a×b,a>b,在矩形波导传播的电磁波可分为TE模和TM模。图1 矩形波导1) TE模,。其中,=而是与鼓励源有关的待定常数。2) TM模=0,由的边界条件同样可得无穷多个TM模。注意:对于和模,m, n不能同时为零,否那么全部的场分量为零。和模具有一样的截止波数计算公式,即=所以,它们的截止波长和截止频率的计算公式也是一样的,即=对于给定的工作频率或波长,只有满足传播条件>或<的模式才能在波导中传播。由公式可以看出矩形波导的,不仅与波导的尺寸a, b有关,还和模指数m, n有关。当a, b一定时,随着的改变,矩形波导可以多模传播,也可以单模传播,甚至也可以处于截止状态。以a=23mm,b=10mm的空心矩形波导为例,由截止频率的计算公式,可以计算,所以。二、实验步骤1、工程设置翻开HFSS,出现新的工程窗口如图1。图1 HFSS工程窗口(1) 设置求解类型Driven Modal模式鼓励。在菜单中点击HFSS>Solution Type,出现Solution Type窗口,选择Driven Modal如图2,点击OK。图2设置求解类型Solution Type窗口(2) 设置模型单位毫米在菜单栏中点击Modeler>Units,出现Set ModelUnits窗口,选择mm,点击OK如图3。图3设置模型单位Set Model Units窗口(3) 保存工程命名为waveguide点击工具栏中的,将工程名字设为waveguide。2、画波导点击工具栏中的Drawbox画矩形波导的长方体模型,在屏幕右下角出现长方体顶点信息,输入顶点坐标0,0,0,按回车键;屏幕右下角出现长方体尺寸信息,输入23,10,50如图4,按回车键完毕画图过程。图4画长方体顶点坐标与尺寸设置在屏幕中间模型列表中的Box1为画出的长方体如图5,双击Box1,出现Propoties:Project1窗口,将Name一栏的value由Box1改为waveguide如图6。图5图63、设置边界条件1选择波导的四个纵向面。通过Edit>select>faces,将鼠标设置为选择面的状态如图7。图7select faces界面通过按钮旋转功能以及ctrl键实现选择多个面,或者通过edit>select>by name如图8,结合ctrl键选中face10、11、12、9如图9。图8 select by name界面图9 select face界面2将这四个面设置为理想导体边界。可以通过点击HFSS>Boundaries>Assign> Perfect E实现,或者点击鼠标右键>Assign Boundary> Perfect E如图10。图10 设置Perfect E边界条件4、设置鼓励源wave port1选中波导的一个端口面垂直于z轴的平面。2点击HFSS>Excitations>Assign>Wave port,或者点击鼠标右键>assign excitation>wave port如图11。3另外一个端口面执行同样的操作。图11 设置wave port界面5、设置求解频率1在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup2在求解设置窗口中,设置Solution Frequency:13GHz,其它设为默认值6、计算及后处理在菜单栏中点击HFSS>Analyze all在菜单栏中点击HFSS>Fields>Plot Fields>E,画出电场强度的幅度分布如图12。在Project Manager窗口中,选择dipole>HFSSDesign1>Field Overlays,点击鼠标右键>Animate>OK,可以演示电场强度幅度随着时间变化情况,观察理解电磁波从端口1向端口2传播的过程。图12 波导中电场强度幅度分布点击HFSS>Results>Solution Data如图13,在Matrix Data项中可以查看S参数以及传播常数Gamma等参数如图14。图13 查看solution data界面图14 S参数及Gamma. z.