微波技术与天线实验4魔T仿真.doc

实验报告实验课程：微波技术与天线学生姓名：学号：专业班级：2011年 6月3日目录实验一微波测量系统的认识及功率测量实验二微波波导波长、频率的测量、分析和计算实验三微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算实验四微波网络参数的测量、分析和计算实验一微波测量系统的认识及功率测量一、实验目的：（1）熟悉基本微波测量仪器；（2）了解各种常用微波元器件；（3）学会功率的测量。

二、实验内容：1、基本微波测量仪器微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。

它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。

微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。

微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。

测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。

所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。

图1-1 是典型的微波测量系统。

它由微波信号源、调配器/ 衰减器/隔离器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。

图1-1 微波测量系统2、常用微波元器件简介微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件：（1）检波器（2）E-T 接头（3）H-T 接头（4）双T 接头（5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载（9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器3、功率测量按图1-1 所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。

三、实验数据及处理1、实验数据如下表：2、衰减器指示与功率指示的关系曲线四、思考题简述微波小功率计探头的工作原理。

实验一基本辐射单元方向图一、实验目的基本辐射单元，指的是基本电振子（电偶极子），基本磁振子（磁偶极子），基本缝隙，惠更斯面元等。

它们是构成实际天线的基本单元。

通过本次实验了解这些基本辐射单元在空间产生的辐射场。

二、实验指导实验界面有三个显示区：立体方向图、E面方向图、H面方向图，分别用来显示基本辐射单元在空间产生的辐射场的立体方向图、E面方向图和H面方向图。

界面下端有六个按钮：基本电振子、基本磁振子、基本缝隙、惠更斯面元、Return、Help。

点击按钮基本电振子，则基本电振子的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本电振子所辐射的电磁场强度不仅与r有关，而且与观察方向θ有关。

在振子的轴线方向，场强为零；在垂直于振子轴的方向上，场强最大；在其它方向上，场强正比于sinθ。

点击按钮基本磁振子，则基本磁振子的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本磁振子所辐射的电磁场的空间图形与基本电振子一样，这是因为基本电振子的辐射是振子上电流产生的辐射与基本磁振子的辐射是振子表面切向磁场产生的磁场是等效的。

点击按钮基本缝隙，则基本缝隙的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本缝隙所辐射的电磁场与基本磁振子完全相同，基本缝隙与基本磁振子是等效的。

点击按钮惠更斯面元，则惠更斯面元的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见惠更斯面元所辐射的电磁场在空间是一个对称于面元法线的心脏形方向图。

点击按钮Return，返回天线实验总界面。

实验二对称阵子方向图分析一、实验目的：通过MATLAB编程，熟悉电基本阵子和对称阵子的辐射特性，了解影响对称阵子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响二、实验原理：1．电基本振子的辐射电基本振子（Electric Short Dipole）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l远小于波长λ，其半径a远小于l，同时振子沿线的电流I处处等幅同相。

用这样的电流元可以构成实际的更复杂的天线，因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特性的基础。

微波技术与天线实验指导书南京工业大学信息科学与工程学院通信工程系目录实验一微波测量系统的熟悉和调整 - 2 -实验二电压驻波比的测量 - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 - 17 -实验一微波测量系统的熟悉和调整一、实验目的1. 熟悉波导测量线的使用方法；2. 掌握校准晶体检波特性的方法；3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE10波的电场分量沿轴向方向上的分布。

二、实验原理1. 传输线的三种状态对于波导系统，电场基本解为(1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。

在x=a/2处其模值为：最大值和最小值为：(2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。

在x=a/2处由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。

其模值为：可得到最大值和最小值为：(3) 终端接匹配负载时，导行波仅有入射波而无反射波――行波状态。

其模值为由上述可知，在测量线的终端分别接上短路器、任意负载和匹配负载，移动探针位置，都可以观测到测量线中不同位置的电场强度（复振幅大小）对应的电流指示读数。

2. 由测量线的基本工作原理可知，指示器的读数1是探针所在处|E|对应的检波电流。

任一位置处|E|与I的对应关系应视检波晶体二极管的检波特性而定。

一般，这种关系可通过对二极管定标而确定。

所谓定标，就是找出电场的归一化值|E’|与I的对应关系。

我们知道，当测量线终端短路时：如果我们取任意一零点（波节点）作为坐标起始位置，且坐标用d表示，则：晶体二极管上的检波电压u正比于探针所在处|E’|。

所以上式可用u的归一化值u’来表示。

即：晶体二极管的检波电流I与检波电压u之间的关系为：式中c为比例常数，n为检波率。

式中c’为比例常数。

3. 当测量线的探针插入波导时，在波导中会引入不均匀性，从而影响系统的工作状态。

探针在开槽线中与电场耦合，其效果相当于在等效传输线上并联了一个探针支路。

微波技术与天线实验一、实验课学时分配表二、实验内容：实验一T型波导内场分析实验一、实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握T型波导功分器的设计方法和工作原理。

二、实验内容使用HFSS进行T型波导功分器的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，并运行仿真计算。

最后进行相关的数据后处理。

三、基本原理及要求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，使得从一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。

实验二T型波导优化设计实验一、实验目的1、进一步熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握T型波导功分器的优化设计方法。

二、实验内容使用HFSS进行T型波导功分器的优化设计实现，进行参数扫描分析，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。

三、基本原理及要求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端口输入的功率不平均的分配给端口2、3，使得2端口的输出功率为3端口的一半。

同时，注意隔片尺寸的大小对于改变各端口的功率分配的作用。

改变波端口激励，实现2端口输入，1、3端口输出。

实验三微带贴片天线设计实验一、实验目的1.熟悉并掌握HFSS设计微带天线的操作步骤及工作流程。

2.掌握ISM频段微带贴片天线的设计方法。

二、实验内容使用HFSS进行微带贴片天线的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，设置求解频率为2.45GHz，同时添加1.5-3.5GHz的扫频设置，分析天线在1.5-3.5GHz频段内的电压驻波比，并运行仿真计算。

将谐振频率落在2.45GHz频点上。

最后进行相关的数据后处理。

微波技术与天线实验报告微波技术与天线实验报告引言：微波技术和天线是现代通信领域中不可或缺的重要组成部分。

微波技术的应用范围广泛，包括无线通信、雷达、卫星通信等领域。

而天线作为微波信号的收发器，起到了关键的作用。

本实验旨在通过实际操作和测量，探索微波技术与天线的基本原理和应用。

实验一：微波信号的传输特性测量在本实验中，我们使用了一对微波发射器和接收器，通过测量微波信号的传输特性，来了解微波信号在传输过程中的衰减和干扰情况。

首先，我们将发射器和接收器分别连接到示波器上，并设置合适的频率和功率。

然后，将发射器放置在一个固定位置，接收器在不同距离上进行测量。

通过记录示波器上的信号强度，并计算出衰减值，我们可以得到微波信号在传输过程中的衰减情况。

实验结果表明，在传输距离增加的情况下，微波信号的强度逐渐减弱，呈指数衰减的趋势。

同时，我们还观察到在某些距离上，微波信号受到了干扰，出现了明显的波动和噪声。

这些干扰可能来自于周围的电磁辐射或其他无线设备的干扰。

实验二：天线的性能测量在本实验中，我们选择了不同类型的天线，并通过测量其增益、方向性和波束宽度等参数，来评估天线的性能。

首先，我们使用一个定位器来确定天线的指向性。

通过调整定位器的方向，观察信号强度的变化，我们可以确定天线的主瓣方向。

然后，我们通过改变接收器的位置和角度，测量不同方向上的信号强度，从而计算出天线的增益。

实验结果表明，不同类型的天线具有不同的性能特点。

某些天线具有较高的增益和较窄的波束宽度，适用于需要远距离传输和精确定位的应用。

而其他天线则具有较宽的波束宽度，适用于覆盖范围广泛的通信需求。

实验三：微波技术在通信领域的应用微波技术在通信领域有着广泛的应用。

其中，微波通信是最为常见和重要的应用之一。

通过使用微波信号进行通信，可以实现高速、稳定的数据传输。

微波通信广泛应用于无线网络、卫星通信和移动通信等领域。

此外，微波雷达也是微波技术的重要应用之一。

一、设计目的
通过学习和掌握HFSS软件，加强对相关知识的理解和掌握，提高在射频领域的应用能力。

本设计基于微波元器件的理论级熟练掌握HFSS仿真软件基础上，设计一个魔T，查看魔T的S参数并分析场分布图。

二、设计原理
将E--T分支和H--T分支合并,并在接头内加匹配以消除各路的反射,则构成匹配双T,如右图所示,它有以下特征:
1.四个端口完全匹配.
2.端口“①、②”对称，即有
3.当端口“③”输入，端口“①、②”有等辐同相波输出，端口
“④”隔离。

4.当端口“④”输入，端口“①、②”有等辐反相波输出。

端口
“③”隔离。

5.当端口“①或②”输入时，端口“③、④”等分输出而对应端
口“②”或“①”隔离。

6.当端口“①、②”同时加入信号时，端口“③”输出两信号相
量和的1/倍，端口“④”输出两信号差的1/倍。

端口
“③”称为魔T的H臂或和臂，端口“④”称为魔T的E臂
或差臂。

三、设计记录
1.S参数图
P1
P3
2.场分布图
3.动态场分布图
四、设计总结
通过本次微带天线的课程设计，进一步的加深了对于微波技术与天线这门课程的理解，同时也掌握了对于HFSS仿真软件的使用。

在课程设计中可以使信号从不同的端口输入魔T，这样就更有助于的理解平时所学内容中的抽象的模型，通过和同学间的讨论以及老师的指导更好的完成了课设的要求，提高了动手的能力也增强了同学间的合作能力。

一实验要求利用HFSS建立一个波导魔T，尺寸为50mmx20mm，端口顺序如图1。

图1 魔T端口顺序二实验过程1.画图魔T的四个分支可以由三个长方体构成。

2.组合将所有的图形选中，Modeler>Boolean>Unite，将四个在分支组合为一个整体。

3.设置激励源分别将波导的4各端口按图1的顺序分别设置为wave port1、wave port2、wave port3、wave port3。

4.设置求解条件在HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup中将频率设置为3.7GHz;，AdaptiveSolution 下的Maximum Number of设为10，Maximum deta S设为0.001（如图2）。

点击确定。

图2 设置求解条件点击HFSS>Analysis Setup>Add Frequency Sweep,设置如图3图3 扫频设置5.检查及运行计算。

点击检查，显示无错（如图4），然后点击运行。

图4 检查无错窗口6.查看仿真结果HFSS>Results>Creat Modal Solution Data Report>Rectangular Plot，出现界面如图5，Category列设为缺省值S Parameter，Quantity列设为缺省值S(1,1)，Function列设为缺省值dB，然后点击New Report；接着Quantity列设为S(1,2)，点击Add Trace；Quantity列设为S(1,3)，点击Add Trace；Quantity列设为S(1,4)，点击Add Trace。

最终图形如图6（a）（颜色已经改过）。

同样可以得到S31、S32、S33、S34曲线如图6（b）。

图5 报告窗口（a）S11、S12、S13、S14曲线（b）S31、S32、S33、S34曲线图6 S参数曲线7 改变激励端口将所有图形转中，点击鼠标右键>Plot Field>E>Mag_E，得到图形如图7，通过动画Animation可以看到波从端口1入射，分别从端口2和4传出。

微波技术与天线仿真实验报告.docx《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验⼆H⾯T型波导分⽀器设计⼀．仿真实验内容和⽬的使⽤HFSS设计⼀个带有隔⽚的H⾯T型波导分⽀器,⾸先分析隔⽚位于T型波导正中央,在8~10GHz的⼯作频段内,波导输⼊输出端⼝的S参数随频率变化的关系曲线以及10GHz时波导表⾯的电场分布；然后通过参数扫描分析以及优化设计效⽤分析在10GHz处输⼊输出端⼝的S参数随着隔⽚位置变化⽽变化的关系曲线；最后利⽤HFSS优化设计效⽤找出端⼝三输出功率是端⼝⼆输出功率两倍时隔⽚所在位置。

⼆．设计模型简介整个H⾯T型波导分为两个部分：T型波导模型,隔⽚。

见图1。

图1三．建模和仿真步骤1.运⾏HFSS并新建⼯程,把⼯程另存为Tee.hfss。

2.选择求解类型：主菜单HFSS→solution type→driven modal,设置求解类型为模式驱动。

3.设置长度单位：主菜单modeler→units→in,设置默认长度单位为英⼨。

4.创建长⽅体模型1）从主菜单选择draw→box,进⼊创建长⽅体模型的⼯作状态,移动⿏标到HFSS⼯作界⾯的右下⾓状态栏,在状态栏输⼊长⽅体的起始点坐标为（0,-0.45,0）,按下回车键确认之后在状态栏输⼊长⽅体的长宽⾼分别为2,0.9,0.4。

2）再次按下回车键之后,在新建长⽅体的属性对话框修改物体的位置,尺⼨,名称,材料和透明度等属性。

在attribute选项卡中将长⽅体名称项（name）修改为Tee,材料属性（material）保持为真空（vacuum）不变,透明度（transparent）设置为0.4。

3）设置端⼝激励4）复制长⽅体第⼆个和第三个臂5）合并长⽅体5.创建隔⽚1）创建⼀个长⽅体并设置位置和尺⼨2）执⾏相减操作上诉步骤完成后即可得到H⾯T型波导的三维仿真模型图如图2所⽰图26.分析求解设置1）添加求解设置：在⼯程管理窗⼝中展开⼯程并选中analyse节点,单击右键,在弹出的快捷菜单中选择add solution type并设置相关参数,完成后⼯程管理窗⼝的analyse节点下会添加⼀个名称为setup1的求解设置项2）添加扫频设置：在⼯程管理窗⼝中展开analysis节点,右键单击前⾯添加的setup1求解设置项,在弹出菜单中单击add frequency sweep,并设置sweep name,sweep type,等参数。