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一、实验背景与目的随着微波技术、通信技术和雷达技术的发展，波导作为一种重要的微波传输线，其设计优化对于提高微波系统的性能具有重要意义。
本实验旨在通过电磁场仿真软件HFSS，对矩形波导进行仿真设计，分析其传输特性，并对其进行优化，以达到提高传输效率和降低损耗的目的。
二、实验内容与方法1. 实验内容本实验主要包括以下内容：（1）建立矩形波导的几何模型；（2）设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等；（3）进行仿真计算，得到波导的传输特性；（4）分析仿真结果，优化波导设计。
2. 实验方法（1）使用HFSS软件建立矩形波导的几何模型；（2）设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等；（3）选择合适的仿真求解器，进行仿真计算；（4）分析仿真结果，包括传输线特性、损耗、阻抗匹配等；（5）根据仿真结果，对波导设计进行优化。
三、实验步骤1. 建立矩形波导的几何模型使用HFSS软件，根据设计要求，建立矩形波导的几何模型。
首先，设置波导的尺寸参数，包括内径、外径、高度等。
然后，定义波导的介质材料，如空气、介质板等。
2. 设置仿真参数设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等。
例如，设置波导的介质材料为空气，边界条件为完美电导体（PEC）。
3. 进行仿真计算选择合适的仿真求解器，进行仿真计算。
本实验采用时域求解器，设置仿真频率范围为1GHz～20GHz。
4. 分析仿真结果分析仿真结果，包括传输线特性、损耗、阻抗匹配等。
通过分析仿真结果，了解波导的传输特性，并对波导设计进行优化。
5. 优化波导设计根据仿真结果，对波导设计进行优化。
例如，调整波导的尺寸参数、介质材料等，以降低损耗、提高传输效率。
四、实验结果与分析1. 传输特性仿真结果表明，矩形波导在1GHz～20GHz的频率范围内具有良好的传输特性。
在频率较低时，波导的传输损耗较小；在频率较高时，波导的传输损耗较大。
2. 损耗通过分析仿真结果，发现波导的损耗主要由介质损耗和辐射损耗组成。
微波器件实验中的波导设计和信号传输分析方法微波器件是微波领域中的一类重要设备，广泛应用于通信、雷达、导航等领域。
在微波器件实验中，波导设计和信号传输分析是非常关键的一环。
本文将介绍常见的微波器件实验中的波导设计原理及信号传输分析方法。
一、波导设计原理微波器件中常用的波导设计有矩形波导、圆柱波导和同轴电缆等。
其中，矩形波导是最常见的一种。
矩形波导的设计原理基于电磁波在导体内传播的特性。
对于TE模式（横电模），电磁场只存在横向的磁场分量，而对于TM模式（横磁模），电磁场只存在横向的电场分量。
通过合理的波导尺寸设计，可以实现特定模式的传输。
波导的尺寸设计涉及到工作频率、工作模式以及波导材料的参数等。
通常，设计人员需要根据实际的工程需求，选择合适的工作频率和模式。
然后，通过波导的截面尺寸来满足相应的传输要求。
波导的截面尺寸包括宽度和高度，它们的比值被称为波导的宽高比。
不同的宽高比对应不同的截止频率、传输损耗和模式特性。
二、信号传输分析方法在微波器件实验中，信号传输分析是评估器件性能的重要手段。
常见的信号传输分析方法包括散射参数(S参数)分析和功率传输分析。
1. 散射参数(S参数)分析S参数是描述微波器件输入输出关系的一组参数。
对于两端口器件，例如功率放大器或滤波器，它们的输入和输出可以用S参数矩阵表示。
S参数矩阵具体包括S11、S12、S21、S22四个参数。
其中，S11表示从端口1发出的电磁波在端口1反向散射的比例；S12表示从端口2发出的电磁波在端口1反向散射的比例；S21表示从端口1发出的电磁波在端口2正向传输的比例；S22表示从端口2发出的电磁波在端口2反向散射的比例。
通过测量器件的S参数，可以分析器件的性能，例如传输损耗、反射损耗、带宽等。
同时，可以通过设计合适的匹配网络，来优化器件的性能，使其在设计频率范围内实现最佳传输。
2. 功率传输分析功率传输分析是评估微波器件输出功率的一种方法。
常见的功率传输分析方法有功率增益分析和功率波导分析。
实验一：T型波导内部仿真场分析与优化实验目的:理解和分析T型波导分支内部电磁场分布及优化方法。
实验内容：1.建立一个T型波导模型，利用HSFF软件求解，分析，观察T型导波的场分布情况。
2.使用HFSS进行T型波导功分器的优化设计实现，进行参数分析扫描，利用HFSS的优化设计功能实现3端口输出功率为2端口输出功率的2倍、3倍。
然后用重新设计端口激励端，使端口端2为激励端，端口3的输出为端口1的2倍。
实验原理：T型波导功分器又叫T型波导分支器，它能将波导能量从主波导中分路接出，它是微波功率分配器件的一种。
此次设计H面T型分支，使得从1端口输入的功率可以平均的分配给端口2、3，使得2、3端口的TE10波为等幅同向。
同时，通过设置隔片改变各端口的功率分配。
进行扫频设置，观察S参数曲线和电场分布。
实验步骤及结果：一、新建工程设置1．运行HFSS并新建工程双击桌面上的HFSS快捷方式，启动HFSS软件。
HFSS启动后，会自动创建一个默认名称为Project1的新工程和名称为HFSSDesign1的新设计。
从主菜单栏选择命令【File】→【SaveAs】，把工程文件另存为Tee.hfss。
然后右键单击HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件HFSSDesign1重新命名为TeeModal。
2．选择求解类型从主菜单栏选择【HFSS】→【SolutionType】，打开SolutionType对话框，选中DrivenModal单选按钮，单击OK按钮。
3．设置长度单位从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】，打开SetModelUnits对话框，选择英寸（in）单位，单击OK按钮。
此时，设置了建模时的默认长度单位，即英寸。
二：创建T形波导模型1．创建长方体（1）从主菜单栏选择【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】，打开3DModelerOptions对话框，选择Drawing选项卡，确认选中EditPropertiesofnewprimitives复选框，然后单击确定按钮。
实验二 矩形波导仿真与分析一、实验目的：1、 熟悉HFSS 软件的使用；2、 掌握导波场分析和求解方法，矩形波导高次模的基本设计方法；3、 利用HFSS 软件进行电磁场分析，掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。
二、预习要求1、 导波原理。
2、 矩形波导模式基本结构，及其基本电磁场分析和理论。
3、 HFSS 软件基本使用方法。
三、实验原理由于矩形波导的四壁都是导体,根据边界条件波导中不可能传输TEM 模,只能传输TE 或TM 模。
这里只分析TE 模(Ez=0)对于TE 模只要解Hz 的波动方程。
即采用分离变量，并带入边界条件解上式，得出TE 模的横向分量的复振幅分别为（1）矩形波导中传输模式的纵向传输特性①截止特性波导中波在传输方向的波数β由式9 给出222000220z z c z H H k H x y ∂∂++=∂∂式7000220002200020002()cos()sin()()sin()cos()()sin()cos()()cos()sin()z x c c z y c c y x H c x y H c H n m n E j j H x y k y k b a b H m m n E j j H x y k x k a a b E m m n H j H x y Z k a a b E n m n H j H x y Z k b a b ωμωμπππωμωμπππβπππβπππ∂⎧==⎪∂⎪⎪∂==-⎪∂⎪⎨⎪=-=⎪⎪⎪==⎪⎩式822222c c k k ππβλλ=-=-式9式中k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。
要使波导中存在导波,则β必须为实数,即k 2＞k 2c 或λ＜λc(f ＞f c ) 式10如果上式不满足,则电磁波不能在波导内传输,称为截止。
故k c 称为截止波数。
矩形波导中TE 10模的截止波长最长,故称它为最低模式,其余模式均称为高次模。
由于TE 10模的截止波长最长且等于2a,用它来传输可以保证单模传输。
一、实验目的1. 了解微波在波导中的传播特点；2. 学习驻波法和共振吸收法测量波长；3. 掌握微波的基本测量方法；4. 熟悉微波波导的基本结构及其工作原理。
二、实验原理微波波导是一种用于传输微波的介质波导，其内部电磁波以一定的方式传播。
在矩形波导中，电磁波主要沿波导轴向传播，同时在横截面上存在一定的电场和磁场分布。
根据电磁波的传播特性，可以通过测量波导中的驻波和共振吸收来研究微波的传播。
三、实验仪器与设备1. 微波波导实验装置；2. 驻波测量仪；3. 频率计；4. 信号发生器；5. 连接线；6. 测量尺。
四、实验步骤1. 连接仪器：按照实验要求连接好微波波导实验装置、驻波测量仪、频率计、信号发生器等仪器。
2. 调节频率：调整信号发生器的输出频率，使其接近微波波导的谐振频率。
3. 测量驻波：打开驻波测量仪，记录驻波图，通过分析驻波图确定波导中的驻波波长。
4. 测量共振吸收：调整信号发生器的输出频率，使其在微波波导的共振频率附近，观察共振吸收现象。
5. 测量波导尺寸：使用测量尺测量波导的长度、宽度和高度。
6. 数据处理：根据实验数据，计算微波在波导中的传播速度、波长等参数。
五、实验结果与分析1. 驻波测量结果：通过驻波测量仪，成功测量出微波在波导中的驻波波长。
根据驻波波长和波导尺寸，计算出微波在波导中的传播速度。
2. 共振吸收测量结果：在微波波导的共振频率附近，观察到明显的共振吸收现象。
通过分析共振吸收曲线，确定微波波导的共振频率。
3. 数据处理结果：根据实验数据，计算出微波在波导中的传播速度、波长等参数，并与理论值进行比较。
六、实验结论1. 通过实验，成功了解了微波在波导中的传播特点，验证了驻波法和共振吸收法测量波长的可行性；2. 掌握了微波的基本测量方法，为后续的微波技术研究和应用奠定了基础；3. 通过实验结果分析，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
七、实验总结本次实验通过测量微波在波导中的传播速度、波长等参数，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
《电磁场与电磁波》课程仿真实验报告学号U*********姓名唐彬专业电子科学与技术院（系）光学与电子信息学院2014 年12 月 3 日1.实验目的学会HFSS仿真波导的步骤，画出波导内场分布图，理解波的传播与截止概念。
2.实验内容在HFSS中完成圆波导的设计与仿真，要求完成电场、磁场、面电流分布、传输曲线、色散曲线和功率的仿真计算。
3.仿真模型（1）模型图形（2）模型参数（3）仿真计算参数根据圆波导主模为TE11，111111'=1.841 22ccf a paπμεπμε==为半径，a=1mm，代入公式得截止频率f=8.8GHz，因此设置求解频率为11GHz，起始频率为9GHz，终止频率为35GHz。
4.实验结果及分析4..1电场分布图图形分析：将垂直于Z周的两个圆面设为激励源，利用animate选项可以发现，两个圆面上的电场强度按图中的颜色由红变蓝周期性变化，图形呈椭圆形，且上底面中心为红色时，下底面中心为蓝色。
即上底面中心的电场强度最大时，下底面中心的电场强度为最小。
这是由于波的反射造成的。
对于圆波导的侧面，由动态图可知电场强度始终处于蓝绿色，也就是一直较小。
这说明电场更多的是在两底面，即两激励源之间反射，反射到侧面上的电场较少。
4..2磁场分布图图形分析：根据电场与磁场的关系式——课本式（9.46）可知，电场的大小是磁场大小的c倍（c为真空中的光速），电场方向与磁场方向处处垂直，在图中也可看出，波导中磁场的最大值出现在侧面，两底面的中心的颜色为蓝绿色，且底面的两边为双曲线的形状，这就是磁场与电场相互垂直的结果。
另一方面，根据图中各个颜色代表的场强大小也可以近似验证，电场与磁场的大小的确是c倍的关系。
而且在导体中的电磁波，磁场与电场还存在相位差，这一点也可从两者的动态图中验证该结论。
4..3电流分布图图形分析：面电流变化的图形特点与磁场变化的图形特点相类似，原因可以根据麦克斯韦方程（微分形式）（积分形式）知道，面电流密度大小与磁场大小成正比，因此两者的变化规律相同。
矩形波导管中的TE11模电磁波及管壁电流作者：赵春然朱孟正公丕锋张金锋来源：《牡丹江师范学院学报（自然科学版）》2019年第04期摘;要：给出矩形波导管中电磁波的电场和磁场各分量表达式，并分析管内传输的电磁波的特性，重点讨论管中仅传输TE11模波的情况.采用数值计算的方式，描绘对应的场结构以及管壁上的面电流、磁场以及电场分布.关键词：电磁波;波导;面电流密度[中图分类号]O451 ;;;[文献标志码]AExploring TE11 Mode Electromagnetic Wave in aRectangular Waveguide and Wall-currentZHAO Chunran， ZHU Mengzheng， GONG Pifeng， ZHANG Jinfeng（School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，Huaibei 235000，China）Abstract：The electric field and magnetic field component expressions of the electromagnetic waves in the rectangular waveguide are given. The characteristics of the electromagnetic waves transmitted in the waveguide are analyzed. This paper focuses on the transmission of only the TE11 mode in the waveguide， using numerical calculations to depict the corresponding field structure and the wall-current， magnetic field and electric field distribution on the tube wall of waveguide by numerical calculation.Key words：electromagnetic waves; waveguide; surface current density在低頻或直流电传输时，通常采用双线传输.随着传输电流频率的提高，采用双线就会出现以下缺点：双线会把所传输的电磁能向周围空间辐射，具有天线的作用;双线传输的导体裸露在外，它本身既相当于一个辐射天线，又相当于一个接收天线，会接收空间的杂散电磁波;双线的分布电容不能忽略，以致会出现部分短路.为了克服双线的上述缺点，当需要传输较高频率的电磁能时，利用导体对电磁波的屏蔽作用，把一根导线展成柱面，使它把另一根导线包围起来.由于柱面导体的屏蔽，较高频率的电磁波不会向四周辐射，外界的干扰信号也不会进到中芯线.当频率更高时，导体中电磁波的穿透深度减小，电流通过的有效截面积减小，因而电阻增大，这一点对同轴线内导体的影响尤为突出，为了克服上述缺点，人们逐渐抛弃了内导体，只有一个空心导体管的波导诞生了.1;矩形波导中电磁波理想导体构成的波导管，其矩形横截面的两边长为a和b，如图1所示.电场的空间分量可令为：E（x）=E（x，y，z）=E（x，y）rikzz.（1）对于一定频率的电磁波，场矢量的空间分量应满足：SymbolQC@2E+k2E=0B=-iωSymbolQC@×ESymbolQC@·E=0;.（2）将波导管壁看作由理想导体构成，则根据边界条件有：n×E（x）=0，（3）即，在导体表面附近的电场线与界面正交.[6]由方程组（2）中的第一个方程解的结果还必须满足第三个方程，以及条件式，得另一个边界条件：En（x）n=0.（4）利用边界条件（3）（4）式，从而对（2）式作出限定，矩形波导管中电场的各分量，并考到是时谐变化的：Ex=E0xcoskxxsinkyyei（kzz-ω t），Ey=E0ysinkxxcoskyyei（kzz-ω t），（5）Ez=kxE0x+kyE0yikzsinkxxsinkyei（kzz-ω，t）.其中，kx=mπ/a，ky=nπ/b，m，n=0，1，2，….M，n分别代表a边、b边所含的半波数目.由方程组（2）的第二个方程及（5）式得磁场的表达形式：Bx=-1ω k[kxkyE0x+（ky2+kz2）E0y]sinkxxcoskyyei（kzz-ω t），By=1ω k[（kx2+kz2）E0x+kxkyE0y]coskxxsinkyyei（kzz-ω t），（6）Bz=-iω（kxE0y-kyE0x）coskxxcoskyyei（kzz-ω t）.从描述波导管内电磁场量的（5）式和（6）式可以看出：（1）电磁波沿波导管长度方向上为行波，在矩形波导管的横截面上的两个方向上为驻波.（2）管中电场和磁场不可能同时为横波.假设管中电场和磁场同时为横波，即Ez=0，Bz=0，则得到：E0x=0，E0y=0.这个结果说明管中无电磁波存在，显然矛盾！若管中Ez=0，则称为横电波（TEmn）;若管中Bz=0，则称为横磁波（TMmn）.（3）波导管中存在截止频率，对于波矢量有：kz2=k2-（kx2+ky2）=ω2μ ε-[（mπa）2+（nπb）2].（7）若kz2ωc，mn=πμε（ma）2+（nb）2（8）称为截止频率，相应的截止（最大）波长：λc，mn=vT=1μ ε2πωc，mn .（9）（4）笔者注意到，（9）式中1/με并非是波导管中电磁波的相速度.由传播因子ri（kzz-ωt）很容易得到导行波的相速度，其等相面方程为kzz-ω t=常数，由此得相速度：vp=dxdt=ωkz>1μ ε .（10）若波导管是真空，则vp>c，按相对论，信号的传播速度绝不能超过光速c，这意味着相速度不能承当信号的传播速度.事实上能够很容易看出，相速度不能从实验上测定，因此它缺乏任何直接物理意义.（5）波导波长λg是指某一频率的导行波等相面在一个周期内沿轴向移动的距离.λg=vpT=2πkz>2πk .（11）而k=ωμε为波源的波数，则波源的波长λ=2π/k，λ代表频率为ω的波源在无限均匀介质的自由空间中传播时的波长，所以波长λ与介质的性质有关.（6）波导管中导行电磁波的群速度.实际中输入的波不可能是完全单色的，其频率总有些微小差别，因此，不同频率的波列叠加形成波群（波包），波群的等振幅面向前传播的速度称为群速度.故此，矩形波导管中电磁波群速度为：vg=dωdkz=kzωμ ε1μ ε由（10）（12）式可以看出，波导管中导行波的相速度vp与群速度vg都和ω有关，这种波称为色散型电磁波.必须指出，导行波的色散是由于波导管壁的边界条件决定的，而光波在透明介质中传播时的色散是由介质的性质引起的，这两种色散物理过程是完全不同的.此外，由（10）和（12）式可得：vpvg=ωkz·kzωμε=1μ ε .2;TE11波的场量及其形成的管壁电流现行绝大多数电动力学[1，3-4]教材涉及这部分内容时，都对TE10波给予了充分的分析，但是对于TE11波的分析少之又少，故此，接下来着重分析矩形波导管中仅存在TE11模时，管内的场结构以及管壁上的面电流分布情况.就TE11模电磁波而言：m=1，n=1，所以：kx=π/a，ky=π/b.（13）横电波要求Ez=0，则：E0x=-aE0y/b.（14）根据（13）式和（14）式表达的条件，针对TE11波的电场部分和磁场部分的各个分量参照（5）式和（6）式就很易得出.利用数值模拟的方法探讨TE11型波的场结构.场结构就是用电场线和磁场线表示的电磁场的空间分布，可以描绘出某一特定时刻的场线空间分布图形，随着时间的推移，整个场线图形将沿z轴方向平移.根据TE11波的电场部分和磁场部分的各个分量，且t=0时刻，取电场和磁场的实部进行数值计算.如图2所示，描绘了TE11型波的场结构，电场用浅色加粗带箭头的线段表示，磁场线用黑色带箭头的线段表示，其带箭头线段的长短代表电场或磁场强度的大小.数值计算中，选择波导管的宽边a=2mm，窄边b=1mm，传输的TE11型波的频率就是截止频率，E0y=1，在传播方向上，即z轴上绘制了一个波导波长.图2中浅色加粗的电场线均平行于xOy平面，参见图1的坐标系，对比文献的结果[2]，TE11型波的场结构显然要比TE10型波的复杂的多.根据电磁场的边值关系，波导管内表面的管壁的面电流密度：α=n×H.（15）在x=0面上，法向矢量n的三个分量很显然可表示为：ny=0，nz=0及nx=1;在x=a面上，ny=0，nz=0及nx=-1;在y=0面上，nx=0，nz=0及ny=1;在y=b面上，nx=0，nz=0及ny= -1.因此很容易得到公式（16）（17）.（1）在x=a面上零时刻的管壁电流：α=-aπE0yμ0ω（1a2+1b2）cosπbysinkzzey-aE0ykzμ0ω bsinπbycoskzzez.（16）（2）在y=b面上零时刻的管壁电流：α=aπE0yμ0ω（1a2+1b2）cosπaxsinkzzex+aE0ykzμ0ωsinπaxcoskzzez.（17）图3;波导管的管壁x=a面上的面图4;波导管的管壁y=b面上的面电流密度、磁场线以及电场分布电流密度、磁场线以及电场分布利用MATLAB软件数值计算方法描绘图1中靠外侧的两个面——波导管的内壁x=a面和y=b面上的面电流、电场线和磁场线.如图3和图4所示，数值计算时所需参数同前面图2提到的一样.浅色加粗带箭头的线段表示面电流密度矢量，相对深颜色带箭头的线段表示磁场强度矢量，线段的长短代表面电流密度或磁场强度的大小;在波导管的内壁x=a面或y=b面上，电场强度矢量与这些面是垂直的，图中用小圆点表示电场强度矢量的方向朝外、叉号表示其方向朝里，因数据采样的等间距性要求，图3和图4中所描绘的小圆点和叉号的分布密度并不能说明相应处的电场强度大小.为弥补这一缺陷，用电场强度的等高图来反映电场在各处强弱分布.管壁上面电流密度α与该管壁面附近的磁场方向垂直，但是在图3和图4中的部分部位可能会发现不垂直，这是图像显示的纵横比导致的.在波导管的内壁x=a面的中线上，沿y轴的面电流为零（图3），表明若在窄边中线上开沿z轴的窄缝，将不会对波导管中的电磁场产生大的扰动，而这种窄缝广泛地应用于用探针测量波导管内物理量的技术中;在波导管的内壁y=b面的中线上，沿x轴的面电流为零（图4），表明若在宽边中线上开沿z轴的窄缝，也不会对波导管中的電磁场产生大的扰动.综上所述，虽然TE11型波的场结构要比TE10型波的复杂很多，但是若想采用探针技术来测量波导管内TE11型波的物理量，仍然是可以找到合适的位置在波导管上开“窄缝”.[1]3;结论给出矩形波导管中电磁波的电场和磁场各分量表达式，并分析了管内传输的电磁波的特性，最后通过MATLAB软件，采用数值计算的方式，讨论了波导管中只传输TE11型波，对应的场结构以及管壁上的面电流、磁场以及电场分布，发现TE11型波的场结构要比TE10型的复杂的多，从管壁上的面电流分布发现：可以在管壁上找到合适的位置开“窄缝”，用于探针测量波导管内电磁波的场量.参考文献[1]郭硕鸿. 电动力学[M]. 北京：高等教育出版社， 2008：131-134.[2]钱尚武. 电磁学要义[M]. 北京：科学出版社， 2009：71-76.[3]张民宽. 电动力学[M]. 开封：河南大学出版社， 1990：197-205.[4]胡友秋，程福臻. 电磁学与电动力学：下[M]. 北京：科学出版社， 2008：116-121.[5]付斯年，朱瑞华，吴春雷，等. 利用波导管的可调终端活塞及单螺调配器测定微波信号源的波长[J]. 牡丹江师范学院学报：自然科学版， 2014（1）：12-13.[6]魏仁怀，朱孟正. 平面电磁波在运动介质界面上折射行为的研究[J]. 牡丹江师范学院学报：自然科学版， 2009（4）：10-12.编辑：琳莉。
实验2.1 微波波导管内的电磁场分布测量实验§2.1.1实验目的通过测量微波波导管内的电磁场分布，了解微波的产生、传播等基本特性，掌握微波测量的基本方法和技术。
§2.1.2实验原理与方法一、微波与体效应微波振荡器1、微波按照国际电工委员会（IEC）的定义，微波（Microwaves）是“波长足够短，以致在发射和接收中能实际应用波导和谐振腔技术的电磁波”。
实际应用中，微波通常指频率在300GHz到300MHz、波长范围1毫米到1米的电磁波，可分为分米波、厘米波、毫米波三个波段。
自上世纪40年代以来，微波科学技术表现出巨大的应用价值。
例如，• 雷达的诞生与成熟（1939一1945年）；• 微波波谱学与量子电子学的巨大进步（1944年－至今）；• 射电天文学大发展（1946—1971年）；• 微波能量利用及微波医学（1947年－至今）；• 卫星通信及卫星广播的建立与普及（1964年－至今）；• 遥感、气象监测等；• 高功率微波武器。
1984年美国国防部制定定向能发展计划（定向能包括高能激光、粒子束和高功率微波（HPM）三个方面）。
“微波武器” 将在反卫星、反精确制导武器等方面发挥重要作用。
2、体效应微波振荡器目前，常用的产生微波振荡器的有两大类，电真空器件与固体器件。
其中，电真空器件主要包括微波电真空三极管、反射速调管、磁控管和返波管等；固体器件有晶体三极管、体效应二极管（也称耿氏二极管，由于体效应管中微波电流振荡现象是耿式（J.B Gunn）于1963年首先发现的）和雪崩二极管。
由于固体器件具有体积小、重量轻、耗电省及便于集成等优点，近几十年来发展迅速，尤其在中小功率范围内它已经取代电真空器件。
固体器件中，采用体效应振荡器制成的微波信号源具有噪声低、工作电压低和便于调谐的优点，目前在实验室中广泛采用该类微波信号源。
1）负阻效应体效应管的工作原理是基于N型砷化镓(GaAs)的导电能谷——高能谷和低能谷结构，如图2.1-1所示，高低能谷间的能量差0.36eV。
电磁场与微波测量实验报告学院：班级：组员：撰写人：学号：序号：实验二 波导波长的测量一、 实验内容波导波长的测量【方法一】两点法 实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。
当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z ＝0）短路时，将形成驻波状态。
波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：Z aXE E E Y βπsinsin 0）（＝＝在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。
将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。
两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。
调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值1T 和2T ），就可求得波导波长为：T 2 min 'min g －＝T λ由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。
记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：() 2121min T T T +＝最后可得 T 2min 'min g －＝T λ（参见图四）YZ【方法二】 间接法矩形波导中的 波，自由波长 和波导波长g λ满足公式：2 12⎪⎭⎫ ⎝⎛-a g λλλ＝其中：f g /1038⨯＝λ，cm a 286.2＝通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式确定出 ，再计算出波导波长g λ。
实验11 波导腔体内场分析一、设计要求建立一个T型波导模型，利用HFSS软件求解、分析，观察分布情T 型波导的场况。
二、实验仪器硬件：PC机软件：HFSS软件三、设计步骤1. 创建工程第 1 步：打开HFSS 软件并保存新工程。
第 2 步：插入HFSS 设计第 3 步：选择求解类型第 4 步：设置单位2. 创建模型第 1 步：创建长方体第 2 步：复制长方体第 3 步：组合长方体第 4 步：创建间隔从而得到如下所示的模型图：O 1 2(H)3.创建模型第1步：添加求解设置第2步：确认设计第3步：分析，对设计的模型进行三维场分析求解第4步：移动间隔的位置第5步：重新进行分析重新进行3D场的分析求解4.比较结果第1步：创建一个S参数的矩形曲线图在上面矩形图中显示不同间隔的S参数曲线。
第2步：创建一个场覆盖图如下图显示，在T接头的上表面显示场的分布情况F Ffeld(V1.7Z I Ie5,, 9 i r11∣≡釘77½Heι0ajZ. 37S3e +□BΞ:Z, IElBe+0EK1. eω7β⅜ma1. TBUMBanIL莊即亡"虚泊JL 3E7≡e→00Ξ:i. Lfr⅛Gf +B3Ξ!几沪帥的?S . g*⅞BΞe+□G3∑5. ⅛L55e÷a32I-鸟H 吉7<≡1 IMi2 .∣∏j第3步：动态演示场覆盖图分别定义场间隔位置为O和0.2时候动态演示场覆盖图。
观察场分布情况,重点比较2、3端口场的分布差异。
具体的图形在第四步的数据记录以及分析里面有详细的演示记录四、数据记录及分析(1)在矩形框中间隔位置分别为0和0.2的时候，S11、S12、S13的参数曲线图:(2)分别演示在间隔距离为0、0.2的时候动态场分布图I 间隔距离为0时:从Odeg 〜160deg 步进为20deg 如下面依次显示=t.3T55√-⅛K ,ι≡∣ 乙 te36⅞ιW3 Z I EΞ17^-H 2!Γ3 Z. 3西兀蛇IFIm 2. I l B I l j 6S≈^⅛⅛5 1. W?■阳亡→ct ∣? 1. ZL5a≡-⅛⅛3 l.l ⅛-H ⅛≡-<⅛? J•乳忙阳iMX>2 3s 3f3U ⅛CΞ ⅛, 219L 4⅛-÷SC ∣Ξ 2. LC972 ∏.W30-⅛4θM1 !5Γ55⅛*ea5 j 3.1I Z 95S6t∙G351 2 肌2C∙∙23I < 5H7ε*ea5■ 2 3"畑3 =-2.lM7e∙ΘO5I l a)e7‰∙ea> >1 W78e∣835 F i∙+7ββe*ea5 12658ete∂31 os⅜9∙∙ml.4M16e∙0aZ i.339ie∙MZi*∙2O219He«Gd；I : 1O∙J^H∙<12F Πe1⅛ΓV.per.t∙3. 3TS5ff*ea33. IWetm2 ⅞S3Ge∙0∂92τl*Z6e*oa32.ςM7e<βaa2. 3^37e*ea32. l∂97e*0∂3IMe7e«QU1 ∞76c*∞∂1 ∙÷7GeetO∂3」2β5仏∙U33I 85⅜9>Φ0e38 ⅛JΘ6fCa2 e329ie*C92・ 219⅛≡*Q322.1M7««Q02 eD∂Xt*eaaL FleH[V.pβr.m3.375Sc∙∞3 3lβ*βe∙<Λ3 29556v∙Ce92.7<δc√Λ3 :U・ E2.92θ7e*GΘ9 2Jiewce 9 1 0537∙<C3X.6B75e∙∞3 1M753e∙Cβ31.2e53e∙∞3 1C5-9v∙∞3e.MMto<e02e.3Z9ie∙εe2⅛.21^e*∞22.ιe97β<eβ2 eBeoM∙ewE Fi∙¼[Y.per.a沢3755"胞 3 !16⅜6e*0ftS2.9536e∙0a3∙ 7∙E∙m2. S317e<β33 2・ 320T"M32. lO97ewβJ1 9wre∙ea3 16976c ∙0∂9 i⅛T6ee*ea31 2856e*eaj 1ΘS⅜9c∙0∂3筠B∙∙Q02E32SH∙∙BP2 >4.219⅛e*eθ2 a.i99?««ee2 eoax¾*c∂D2 On)■31.3. 1⅜⅜B⅞÷H<I32, 7⅛26f+β⅛⅞-3≡.5¾7e*033i. 3207≡÷t!J3I I IOT7t *00 5I 1 m7ħ*Q9!∣I s⅛7se⅜fla31 ⅛76Se*0□3i- ^⅛0et0⅛3-3i 0SH5r⅛y∏-∣i I tlnelc t∏A^6, 3751F+03Z4.2i⅞>te+Qa22. lΠ*a7efEΠ2I E M4X>τ-+Uc∣y- 9.375b*M9⅞. lβ⅛C⅞÷M9g 用沁+0酩M 7⅛2et+O03Σ. 5117f+EM3I 2. ia07<tΛ∏3 I Zi⅞⅛7⅞Φ⅛P⅛5 i.E⅛SΠ⅛+⅛031. e⅛7⅞t+a^1. ⅝7βfrr4iB9I I2⅞5^F+F∣13110■訥⅛E40⅛3ε. U aHE E+EMΣ £.佃丄雹屮址⅜i21⅞⅝⅞+00S2. ia⅞7-e+∂∂2c∣.e⅛⅛E+⅛⅛s∏间隔距离为0.2时:从Odeg〜16Qdeg步进为20deg如下面依次显示■■311 F00∣5-^0P3乙ge2≡⅛4OT∣s2. 76JB«4i®3I 283-¾e≡-H3e3Z… LTZSe -HZE 311. ⅛y^0e,M⅛3‰777Se⅛β31. 3^5s-⅛G31. Lt5Bi-nΞCi3a.e75i≡√5c∙2r i,ια∣i⅝4Θε>z■E Fifflι∣Γ⅛-PEr-IIOI 2 on?E FieHrV.pβr,m-ι∙w・e®32.962Sβ∙39 27650«・GO3Z5675C*W3 2 3苗业•凶 2 21725e∙ce31.9?S0v«M9 IWSdfiS 1 5:00c∙∞31.3fi25c∙ee31.18S0e*G89 S8751v<e2 fQA016∙Γe2S.9Σ50e∙∞2395O□e*W21.9^50e∙CT2 COOnOe・£»oE FlBl(I[VβpBΓ.n1ΛWWJ3Oe2$ AKw7Kee*(B3 ”：3疋B"旳 3U2SA 回 397<βe*OD37775 Ct «3⅞α*ce*a3338Z5C53 久四"∂3?07Sle<D32 心心妙97See^aa?9^Ce*M297SOe4a32ULLoe<∙Uk>JE Ficl<ΓV.per.ι∙RIe^ea?2∙9β25503 2.76∞e∙0βJ2.5675e∙Ra3 237∂3e «0332. lT2Bewa31 SU"I 7775∙fθas1 5a∞<*C∂3 13∂25M33 1 丄MSCi23S 0751c∙C927√WM■驱皐92≈S08Z-f w1 9EM02 fiUflΛ9e∙0O00 1 2(in)O2甌站∙>∞3 2.7⅛50≠√K ⅛2.507Ξffi3032dτe昭询Ei2 L^Sfl ⅛U⅛1∣750⅛-α:?1.7775<r^≡i1.5300⅛-H3C31.3ftSSβ^αB91 ι∣B5a<^c>sβ-e75iτ⅞κT ⅞G01eιGO2⅛⅛25E∣≡-⅛JUL LS ¾5Ce s^C21 9秸如也垃Q驱聪畑02 (∣∏E FiBIdrWβr pιrjι3,1 屈0和€1Tlm2, e∣⅛-25⅛4OT i∣S 乙7B5θ⅛40pi3Z, 3π3Br-H3Γ3z, ι≡r E5¾⅛na1. 57IiQ±-⅛fc∣J1. 7TJ,5C^∞iJ]l5H3ia^≡⅛τ-51, W5e-tflβ3⅛.Lt5Q≡-⅛⅛ι3≡l.θ⅛l≡⅛tz⅛7. ⅞OI1∣-Φ25i⅞i.5Θe⅛⅛i≥3. ⅞5G0i⅛CιΞ 九『他=r赵2 θ.era0⅛4OT32 till：'软件仿真的所有结果图基本都符合要求，达到预定的效果实验总结（一） AWR 软件（1）主要功能：AWR软件是进行射频、微波电路设计的专业软件，也是本行业在本行业在全球范围内最主流、先进的工程设计软件。
其MiCrOWaVe OffiCe套件可以设计各种射频/微波模块（MCM,SiP ）、集成电路（MIC, MMIC , RFIC）、微波多层印刷电路板（PCB）、天线等；其VSS套件可以设计完整的端对端的通信天线，并支持硬件半实物仿真。
AWR 软件界面直观，无缝连接了电路仿真器、电磁仿真器、原理图与版图、统计设计功能和设计规则检验工具等。
尤其是AWR 软件创造性的统一了电路图设计和版图设计，单一数据库直接与内核同步，不需要通过多层软件。
无论设计是源自电路图、仿真或是版图，AWR 软件都能提高从原理到仿真，再到最后版图实现所需要的所有设计平台。
（2）软件掌握情况：基本学会该软件的各种基本操作方法，比如说画各种电路图，如何添加元器件，如何连线，结构图，创建测量图，添加各种测量项目等。
还学到如何调节元器件的变量进行分析，掌握如何优化电路的步骤，如设置优化目标，定义变量，设置优化参数，执行优化等。
（二） HFSS 软件（1）主要功能：HFSS是一款三维电磁仿真软件。
它应用切向矢量有限元法，可求解任意三维射频、微波器件的电磁场分布，计算由于材料和辐射带来的损耗。
可直接得到特征阻抗、传播系数、S 参数及电磁场、辐射场、天线方向图、特定吸收率等结果。
广泛地应用于天线、馈线、滤波器、多工器、环形器、光电器件、隔离器的设计和电磁兼容、电磁干扰，天线布局和互耦等问题的计算。
2）软件掌握情况：学会了基本的软件操作步骤，打开HFSS软件后，首先要保存并命名一个新工程，然后插入HFSS设计，然后在工程树右侧出现绘图窗口，然后继续选择求解类型，设置单位，完成全局设定后，开始创建模型，创建好模型后设置模型的材料参数，设置边界条件与激励源，最后设置求解条件并分析。
（三）做过的实验内容课程作业中一共十五个实验，要求选做其中的十个，实际我在做的过程中基本上每个实验都做了，由于软件的掌握程度还只是入门阶段，有的实验确实做不出来，像实验10 和实验15。
