微波技术与天线实验2利用HFSS仿真分析矩形波导

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1、专业资料实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导一、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，。其中，=而是与激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，否则全部的场分量为零。word完美格式专业资料和模具有相同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

2、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，，，所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz。word完美格式专业资料二、实验步骤1、工程设置打开HFSS，出现新的工程窗口（如图1）。图1HFSS工程窗口（1）设置求解类型DrivenModal（模式激励）。在菜单中点击HFSS>SolutionType，出现SolutionType窗口，选择DrivenModal（如图2），点击OK。图2

3、设置求解类型SolutionType窗口（2）设置模型单位毫米在菜单栏中点击Modeler>Units，出现SetModelUnits窗口，选择mm，点击OK（如图3）。word完美格式专业资料图3设置模型单位SetModelUnits窗口（1）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），按回车键结束画图过程。图4画长方体顶点坐标与尺

4、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5word完美格式专业资料图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7selectfaces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>byname（如图8），结合ctrl键选中face10、11、12、9（如图9）。word完美格式专业资料图8selec

5、tbyname界面图9selectface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>PerfectE实现，或者点击鼠标右键>AssignBoundary>PerfectE（如图10）。word完美格式专业资料图10设置PerfectE边界条件4、设置激励源waveport（1）选中波导的一个端口面（垂直于z轴的平面）。（2）点击HFSS>Excitations>Assign>Waveport，或者点击鼠标右键>assignexcitation>waveport（如图11）。（3）另外一个端口面执行同样的操作。图11

6、设置waveport界面word完美格式专业资料5、设置求解频率（1）在菜单栏中点击HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup（2）在求解设置窗口中，设置SolutionFrequency：13GHz，其它设为默认值6、计算及后处理在菜单栏中点击HFSS>Analyzeall在菜单栏中点击HFSS>Fields>PlotFields>E，画出电场强度的幅度分布（如图12）。在ProjectManager窗口中，选择dipole>HFSSDesign1>FieldOverlays，点击鼠标右键>Animate>OK，可以演示电场强度幅度随着时间

7、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>SolutionData（如图13），在MatrixData项中可以查看S参数以及传播常数Gamma等参数（如图14）。word完美格式专业资料图13查看solutiondata界面图14S参数及Gammaword完美格式