HFSS波導(dǎo)仿真實驗報告參考 模板

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1、《電磁場與電磁波》課程仿真實驗報告學(xué)號U201213977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.實驗?zāi)康膶W(xué)會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.實驗內(nèi)容在HFSS中完成圓波導(dǎo)的設(shè)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。3.仿真模型（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(dǎo)主模為TE11，a=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，

2、終止頻率為35GHz。4.實驗結(jié)果及分析4..1電場分布圖圖形分析：將垂直于Z周的兩個圓面設(shè)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(lán)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(lán)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(dǎo)的側(cè)面，由動態(tài)圖可知電場強度始終處于藍(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(guān)系

3、式——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(guān)系。而且在導(dǎo)體中的電磁波，磁場與電場還存在相位差，這一點也可從兩者的動態(tài)圖中驗證該結(jié)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

4、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（9——35GHz），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(yīng)的是單模傳輸，也即主模傳輸，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(dǎo)的主模，而且其對應(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

5、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，在色散介質(zhì)中傳播的波的波數(shù)是一個復(fù)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(jié)果圖的趨勢一致。4.6功率計算結(jié)果結(jié)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)為功率計算結(jié)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(shè)置的迭代次數(shù)與步長有關(guān)。5.實驗

6、小結(jié)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(xué)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(xué)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(dǎo)、截止頻率還有主模傳輸這些概念在實際應(yīng)用，尤其是通信方面，有很重要的應(yīng)用。利用這次機會，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。

7、比如圓波導(dǎo)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(xì)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(dāng)計算是收斂時結(jié)果才是有意義的。第四，讓我對書上波導(dǎo)部分的內(nèi)容有了直觀上的認(rèn)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(yīng)用。另一方面，通過此次實驗我也了解到了一些圓波導(dǎo)的實際應(yīng)用。比如應(yīng)用圓波導(dǎo)中模的場分布與矩形波導(dǎo)的模的場分布很相似這一點，可以在工程上通過矩形波導(dǎo)的橫截面逐漸過渡變?yōu)閳A波導(dǎo)，從而構(gòu)成方圓波導(dǎo)變換器等。圖形如下所示。