微波技术与天线实验3利用hfss仿真分析波导膜片2

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析波导膜片2HFSS仿真分析波导膜片1.实验原理矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b,a>b，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE模和TM模。图1矩形波导1）TE模，Ez?0。Hz?HmncosEx?m?xn?y??zcoseabj??n?m?xn?y??zHcossinem

2、n2kcbabj??m?m?xn?y??zHsincosemn2kcaabm?xn?y??zHmnsincoseaabEy??Hx??m?kc2Hy??n?kc2bHmncosm?xn?y??zsineab其中，kcHmn是与激励源有关的待定常数。2）TM模由EZ的边界条件同样可得无穷多个TM模。注意：对于TMmn和TEmnHZ=0，模，m,n不能同时为零，否则全部的场分量为零。TMmn和TEmn模具有相同的截止波数计算公式，即kc（TMmn）=kc（TEmn）所以，它们的截止波长?c和截止频率fc的计算

3、公式也是一样的，即——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------2?c（TMmn）=?c（TEmn）=2?m??n???????a??b?2fc（TMmn）=fc（TEmn）对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f>fc或?<?c）的模式才能在波导中传播。由公式可以看出

4、矩形波导的fc，?c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f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fc?12??mn()2?()2，可以计算fcTE10?6.52GHz，fcTE20?13.04GHz，abfcTE01?15GHz，所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz。波导容性膜片的仿真分析矩形波导中的金属膜片分为两类，一类为容性膜片（如图9（a）），这

5、种结构的膜片能储存净电磁能，具有电容的性质,其等效电路（如图9（b））。一类为感性膜片（如图10（a）），其等效电路（10（b））。容性膜片是设置在矩形波导宽壁上的金属薄片；感性膜片是设置在矩形波导窄壁上的金属薄片。Y=jBY0Y0图9（a）容性膜片图9（b）等效电路Y=jB图10（a）感性膜片图10（b）等效电路——————————————————————————————————————-----------------------------------------------------------

6、-------------------------------------对称结构的容性膜片的归一化电纳近似计算公式为?B4b?b'?ln(csc)Y0?g2b式中，Y0为矩形波导的导纳；a、b为矩形波导横截面尺寸；a'、b'为膜片间距。对称结构的感性膜片的归一化电纳近似计算公式为??gB?a'??cot2()Y0a2aS参数为??y?2?y?S???2???2?y2?2?y???y?2?y??其中y?j是膜片的归一化导纳。2．实验步骤HFSS仿真分析矩形波导HFSS软件分

7、析单模传播模式的具体步骤如下：建立新的工程1）设置求解类型在菜单中点击HFSS>SolutionType，在弹出的SolutionType窗口中选择DrivenModal,点击OK2）设置模型单位在菜单栏中点击Modeler>Units,设置模型单位，选择mm3）画波导（1）在菜单栏中点击Draw>box（2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标X=0，Y=0,Z=0（3）输入长方体X,Y,Z三个方向尺寸，dX:23，dY:10，dZ:50————————————————————

8、——————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------（4）在属性窗口中选择Attribute标签，该长方体的名字修改为waveguide4）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