微波技術(shù)天線實(shí)驗(yàn)2利用HFSS仿真分析矩形波導(dǎo)

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1、.實(shí)驗(yàn)3：利用HFSS仿真分析矩形波導(dǎo)一、實(shí)驗(yàn)原理矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)（如圖1），尺寸a×b,a>b，在矩形波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁波可分為TE模和TM模。圖1矩形波導(dǎo)1）TE模，。..其中，=而是與激勵(lì)源有關(guān)的待定常數(shù)。1）TM模=0，由的邊界條件同樣可得無窮多個(gè)TM模。注意：對(duì)于和模，m,n不能同時(shí)為零，否則全部的場(chǎng)分量為零。和模具有相同的截止波數(shù)計(jì)算公式，即（）=（）=所以，它們的截止波長(zhǎng)和截止頻率的計(jì)算公式也是一樣的，即（）=（）=（）=（）=對(duì)于給定的工作頻率或波長(zhǎng)，只有滿足傳播條件（>或<）的模式才能在波導(dǎo)中傳播。由公式可以看出矩形波導(dǎo)的，不僅與波導(dǎo)的尺

2、寸a,b有關(guān)，還和模指數(shù)m,n有關(guān)。當(dāng)a,b一定時(shí)，隨著的改變，矩形波導(dǎo)可以多模傳播，也可以單模傳播，甚至也可以處于截止?fàn)顟B(tài)。以a=23mm，b=10mm的空心矩形波導(dǎo)為例，由截止頻率的計(jì)算公式，可以計(jì)算，，，所以波導(dǎo)單模工作的頻率范圍為6.562-13.123GHz。..二、實(shí)驗(yàn)步驟1、工程設(shè)置打開HFSS，出現(xiàn)新的工程窗口（如圖1）。圖1HFSS工程窗口（1）設(shè)置求解類型DrivenModal（模式激勵(lì)）。在菜單中點(diǎn)擊HFSS>SolutionType，出現(xiàn)SolutionType窗口，選擇DrivenModal（如圖2），點(diǎn)擊OK。圖2設(shè)置求解類

3、型SolutionType窗口..（1）設(shè)置模型單位毫米在菜單欄中點(diǎn)擊Modeler>Units，出現(xiàn)SetModelUnits窗口，選擇mm，點(diǎn)擊OK（如圖3）。圖3設(shè)置模型單位SetModelUnits窗口（2）保存工程命名為waveguide點(diǎn)擊工具欄中的，將工程名字設(shè)為waveguide。2、畫波導(dǎo)點(diǎn)擊工具欄中的（Drawbox）畫矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)方體模型，在屏幕右下角出現(xiàn)長(zhǎng)方體頂點(diǎn)信息，輸入頂點(diǎn)坐標(biāo)（0，0，0），按回車鍵；屏幕右下角出現(xiàn)長(zhǎng)方體尺寸信息，輸入（23，10，50）（如圖4），按回車鍵結(jié)束畫圖過程。圖4畫長(zhǎng)方體頂點(diǎn)坐標(biāo)與尺寸設(shè)置在屏幕

4、中間模型列表中的Box1為畫出的長(zhǎng)方體（如圖5），雙擊Box1，出現(xiàn)Propoties:Project1窗口，將Name一欄的value由Box1改為waveguide（如圖6）。..圖5圖63、設(shè)置邊界條件（1）選擇波導(dǎo)的四個(gè)縱向面。通過Edit>select>faces,將鼠標(biāo)設(shè)置為選擇面的狀態(tài)（如圖7）。..圖7selectfaces界面通過按鈕（旋轉(zhuǎn)功能）以及ctrl鍵實(shí)現(xiàn)選擇多個(gè)面，或者通過edit>select>byname（如圖8），結(jié)合ctrl鍵選中face10、11、12、9（如圖9）。..圖8selectbyname界面圖9sele

5、ctface界面（2）將這四個(gè)面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界?？梢酝ㄟ^點(diǎn)擊HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE實(shí)現(xiàn)，或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵>AssignBoundary>PerfectE（如圖10）。..圖10設(shè)置PerfectE邊界條件4、設(shè)置激勵(lì)源waveport（1）選中波導(dǎo)的一個(gè)端口面（垂直于z軸的平面）。（2）點(diǎn)擊HFSS>Excitations>Assign>Waveport，或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵>assignexcitation>waveport（如圖11）。（3）另外一個(gè)端口面執(zhí)行同樣的操作。..圖11設(shè)置waveport界面5、

6、設(shè)置求解頻率（1）在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup（2）在求解設(shè)置窗口中，設(shè)置SolutionFrequency：13GHz，其它設(shè)為默認(rèn)值6、計(jì)算及后處理在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Analyzeall在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Fields>PlotFields>E，畫出電場(chǎng)強(qiáng)度的幅度分布（如圖12）。在ProjectManager窗口中，選擇dipole>HFSSDesign1>FieldOverlays，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵>Animate>OK，可以演示電場(chǎng)強(qiáng)度幅度隨著時(shí)間變化情況，觀察理解電磁波從端口1向

7、端口2傳播的過程。..圖12波導(dǎo)中電場(chǎng)強(qiáng)度幅度分布點(diǎn)擊HFSS>Results>SolutionData（如圖13），在MatrixData項(xiàng)中可以查看S參數(shù)以及傳播常數(shù)Gamma等參數(shù)（如圖14）。..圖13查看solutiondata界面圖14S參數(shù)及Gamma.