微波专业技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导

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。

基于HFSS矩形微带天线仿真与设计【摘要】本文主要介绍了基于HFSS软件的矩形微带天线仿真与设计。

在详细阐述了研究背景、研究目的和研究意义。

接着对HFSS软件进行了介绍，并解释了矩形微带天线的原理。

然后介绍了设计流程和仿真结果分析，分析了天线性能并提出了优化方案。

在总结了研究成果，展望未来研究方向并提出了结论建议。

本文通过HFSS软件对矩形微带天线进行仿真和设计，为提高天线性能提供了重要参考，具有一定的实用价值和研究意义。

【关键词】HFSS、矩形微带天线、仿真、设计、天线性能、优化、原理、设计流程、结果分析、研究成果、展望未来、结论建议、研究背景、研究目的、研究意义1. 引言1.1 研究背景本文旨在通过对HFSS软件介绍、矩形微带天线原理、设计流程、仿真结果分析和天线性能优化等内容的探讨，对基于HFSS矩形微带天线的仿真与设计进行研究，从而提高微带天线的性能和应用效果。

这对于推动无线通信技术的发展，提升通信系统的性能和稳定性具有重要的意义。

1.2 研究目的研究目的是通过基于HFSS矩形微带天线仿真与设计，探索提升天线性能的方法和技术。

具体包括优化天线结构设计，提高频率带宽和增益，降低回波损耗和辐射损耗，以满足不同应用场景下对天线性能的要求。

通过对矩形微带天线原理的深入研究，结合HFSS软件的应用，将为天线设计领域的发展带来重要的参考价值。

通过本研究，旨在为提高通信系统的传输质量和覆盖范围提供有效的技术支持，推动无线通信技术的不断创新和发展。

1.3 研究意义矩形微带天线是一种常见的微波天线结构，具有简单的制作工艺、较宽的工作频带和良好的方向性等优点，因此在通信领域得到广泛应用。

本文基于HFSS软件对矩形微带天线进行仿真与设计，旨在深入研究其性能特点与优化方法，为微波通信系统的设计与优化提供参考。

本研究的意义主要表现在以下几个方面：研究矩形微带天线的仿真与设计可以深入理解其工作原理和特性，为进一步优化性能提供基础。

.. .. ..矩形微带贴片天线的仿真设计实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz天线结构尺寸如表所示：名称起点尺寸类型材料Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pecPatch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pecPort -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 RectangleAir -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn一、新建文件、重命名、保存、环境设置。

（1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。

（2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。

（3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。

（4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。

二、建立微带天线模型(1)、插入模型设计（2）、重命名输入0841(3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05修改名称为GND, 修改材料属性为 pec，(4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。

dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794，修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。

矩形波导实验一．实验目的：1.了解HFSS基本操作，会利用HFSS对波导特性进行仿真。

2.画出电磁场内模式的电磁场分布图。

3.理解并会计算波导中的模式，单模传输，截至频率。

二．实验原理：矩形波导的结构，尺寸a=23mm，b=10mm，内部为真空条件下，在矩形波导内传播的电磁波为TE模。

由截止频率的计算公式由=c/f得，f=c/对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件f>fc的模式才能在波导中传播。

由公式可以看出矩形波导的fc，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，矩形波导可以处于截止状态。

波导尺寸满足/2<a<2b</2 fc=c/TE10：=2a =46mm fc=6.52GHZTE20=a =23mm fc=13.04GHZTE01=2b=20mm fc=15GHZ波导单模工作频率为a<<2a 2b<工作频率范围为6.52-13GHZ三．实验步骤：1工程设置打开HFSS，出现新的工程窗口（1）设置求解类型Driven Modal（模式激励）（2）设置模型单位毫米（3）保存工程并命名2画波导在屏幕中间模型列表中的Box1为画出的长方体3、设置边界条件（1）选择波导的四个纵向面。

选择多个面（2）将这四个面设置为理想导体边界。

4、设置激励源wave port（1）选中波导的一个端口面（垂直于z轴的平面）建立激励。

5、设置求解频率（1）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup（2）在求解设置窗口中，设置Solution Frequency：13GHz，其它设为默认值6、计算及后处理在菜单栏中点击HFSS>Analyze all在菜单栏中点击HFSS>Fields>Plot Fields>E，画出电场强度的幅度分布。

在project manager窗口中可以演示电场强度幅度随时间变化情况。

. . . .. .矩形微带贴片天线的仿真设计实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz天线结构尺寸如表所示：名称起点尺寸类型材料Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pecPatch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pecPort -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 RectangleAir -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn一、新建文件、重命名、保存、环境设置。

（1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。

（2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。

（3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。

（4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。

二、建立微带天线模型(1)、插入模型设计（2）、重命名输入0841(3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05修改名称为GND, 修改材料属性为 pec，(4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。

dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794，修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。

微波技术与天线实验报告实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导学生班级：学生姓名：学生学号：实验日期：2011年月日一、 实验目的学会HFSS 仿真波导的步骤，画出波导内场分布随时间变化图，理解波的传播与截止概念；计算传播常数并与理论值比较。

二、 实验原理矩形波导的结构如图1，波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。

x yz图 1矩形波导1） TE 模，0=z E 。

coscos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2cos sin x mn c z n m x n y E H b a bj k e γπππωμ-= 2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=-2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a bγλπππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k ba b γλπππ-= 其中，c kmn H 是与激励源有关的待定常数。

2） TM 模Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。

注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。

mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即c k （mn TM ）=c k （mn TE ）所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛b n a mc f （mn TM ）=c f （mn TE ）对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ<c λ）的模式才能在波导中传播。

由公式可以看出矩形波导的c f ，c λ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。

用HFSS仿真微波传输线和元件第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应用领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 工程设置 (10)1.4.2 建立矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜片 (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建立三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存工程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 生成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建工程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (36)1.6.4 比较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建立三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存工程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 生成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47)1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建立三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存工程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 生成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64)1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建立三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存工程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 生成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77)1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建立三维模型 (78)1.11.3 建立波导端口激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存工程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 生成报告 (82)1.11.8 产生场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极子天线的设计 (85)1.12.1 创建工程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显示结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——方形切角圆极化贴片天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建工程和运行环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考文献 (108)第一章用HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。

矩形波导仿真实验报告一、实验目的本实验旨在通过仿真矩形波导的传输特性，掌握矩形波导的基本原理和设计方法，深入了解电磁场在波导中的传输规律。

二、实验原理1. 矩形波导的基本结构和参数矩形波导是一种常用的微波传输线，其基本结构为由四个金属板构成的空心矩形管道。

其中，上下两个板为宽度为b，高度为h的金属板，左右两个板为长度为L，高度为h的金属板。

其参数包括截止频率fc、特征阻抗Zc等。

2. 矩形波导中电磁场的传输规律在矩形波导中，电磁场沿着z轴方向传播，在x和y方向上则呈驻波分布。

当工作频率小于截止频率fc时，在波导内只能传播TM模式；当工作频率大于截止频率fc时，则只能传播TE模式。

3. 矩形波导仿真软件——HFSSHFSS是一款常用于微波电路仿真分析软件，可以对各种微波元器件进行建模和仿真分析。

在本次实验中，我们将使用HFSS对矩形波导进行仿真分析。

三、实验内容1. 建立矩形波导模型首先，在HFSS软件中建立矩形波导模型。

具体步骤如下：（1）新建工程，选择3D Layout Design。

（2）在布局窗口中绘制矩形波导的截面图。

（3）设置边界条件和材料属性等参数。

2. 分析矩形波导的传输特性接下来，通过对矩形波导进行仿真分析，得到其传输特性曲线。

具体步骤如下：（1）在HFSS软件中选择“Insert”->“Sweep”->“Frequency”，设置频率范围和步进值。

（2）运行仿真分析，并得到S参数曲线。

（3）根据S参数曲线，计算出截止频率fc和特征阻抗Zc等重要参数。

3. 优化矩形波导的设计最后，根据分析结果对矩形波导的设计进行优化。

可以通过改变材料属性、尺寸等参数来调整其传输特性。

四、实验结果与分析通过上述步骤，我们得到了一组典型的仿真结果。

如图所示：从图中可以看出，在截止频率以下，矩形波导的传输特性较好，可以实现较低的插入损耗和反射损耗。

随着频率的增加，传输特性逐渐变差。

因此，在实际应用中，需要根据具体要求进行优化设计。

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。

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告矩形微带贴片天线的仿真设计实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验内容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz天线结构尺寸如表所示：名称起点尺寸类型材料Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.0528.1，32，0.05 Box pecPatch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16,0.05Box pecMSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 ,0.05Box pecPort -3.1125，-16，-0.052.49 ,0, 0.894 RectangleAir -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。

（1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。

（2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。

（3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。

（4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。

二、建立微带天线模型(1)、插入模型设计（2）、重命名输入0841(3)点击创立GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05修改名称为GND, 修改材料属性为 pec，(4) 介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。

dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794，修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。

实验二、--矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析实验二、矩形波导TE 10的仿真设计与电磁场分析一、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TE 10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TE 10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、实验原理与参考电路 3.1导波原理3.1.1. 规则金属管内电磁波对由均匀填充介质的金属波导管建立如图1 所示坐标系, 设z 轴与波导的轴线相重合。

由于波导的边界和尺寸沿轴向不变, 故称为规则金属波导。

为了简化起见, 我们作如下假设： ① 波导管内填充的介质是均匀、 线性、 各向同性的； ② 波导管内无自由电荷和传导电流的存在； ③ 波导管内的场是时谐场。

图1 矩形波导结构本节采用直角坐标系来分析,并假设波导是无限长的,且波是沿着z 方向无衰减地传输,由电磁场理论, 对无源自由空间电场E 和磁场H 满足以下矢量亥姆霍茨方程:式中β为波导轴向的波数,E 0(x,y)和H 0(x,y)分别为电场和磁场的复振幅,它仅是坐标x 和y 的函数。

以电场为例子，将上式代入亥姆霍兹方程 ,并在直角坐标内展开,即有k c 表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数,如果导波沿z 方向传播,则 k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。

由麦克斯韦方程组的两个旋度式,很易找到场的横向分量和纵向分量的关系式。

具体过程从略,这里仅给出结果：从以上分析可得以下结论:（1）场的横向分量即可由纵向分量；（2） 既满足上述方程又满足边界条件的解有许多, 每一个解对应一个波型也称之为模式,不同的模式具有不同的传输特性;（3）k c 是在特定边界条件下的特征值, 它是一个与导波系统横截面形状、 尺寸及传输模式有关的参量。

基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（高频结构模拟软件）是一种专业的电磁场仿真软件，可以用于电磁场分析和天线设计。

在通信领域，天线设计是非常重要的工作，而微带天线是一种常用的天线结构之一。

本文将基于HFSS软件对矩形微带天线进行仿真与设计，以探讨其性能和特点。

矩形微带天线是一种常见的微带天线结构，其结构简单、制作方便，并且在通信系统中有着广泛的应用。

矩形微带天线的主要结构是由金属贴片和衬底组成，金属贴片通常被设计成矩形或正方形，可以直接在PCB（Printed Circuit Board）板上加工制作。

由于其结构简单并且性能良好，所以矩形微带天线备受研究者的关注。

在HFSS软件中进行微带天线的仿真与设计，需要按照以下步骤进行：1. 建立仿真模型：首先需要建立微带天线的三维模型，包括金属贴片和衬底。

在HFSS软件中，可以通过绘制结构、设置材料参数、定义边界条件等步骤来完成模型的建立。

2. 定义仿真参数：在建立好仿真模型后，需要定义仿真的频率范围、激励方式、网格密度等参数，以确保仿真的准确性和有效性。

3. 进行仿真分析：在设置好仿真参数后，可以进行频域分析或时域分析，得到微带天线的S参数、辐射场分布等重要信息，从而评估微带天线的性能。

4. 优化设计：根据仿真结果，可以对微带天线的结构参数进行调整和优化，以获得更好的性能指标，比如增益、带宽、驻波比等。

通过以上步骤，可以在HFSS软件中对矩形微带天线进行全面的仿真与设计，为微带天线的工程应用提供良好的设计基础和技术支持。

接下来，将从两个方面对基于HFSS的矩形微带天线仿真与设计进行详细介绍。

第一、HFSS仿真分析在HFSS软件中对矩形微带天线进行仿真分析，主要是评估其性能指标和辐射特性。

常见的性能指标包括带宽、增益、辐射方向图、驻波比等。

对于微带天线的带宽来说，是一个很重要的性能指标。

带宽的宽窄直接关系到天线的频率覆盖范围，在通信系统中有着重要的应用。

68海外文摘OVERSEAS DIGEST 海外文摘2021年第10期总第851期No.10,2021Total of 8511 介绍微波技术基础是电子信息类专业的专业基础课，主要讲授电磁波在各种传输线中的传播特性等知识。

矩形波导是一种很重要、很常用的微波传输线，因此在这门课程里，详细讲述了矩形波导中电磁波的传播方程、电磁波的传播条件以及传播特性参量等知识。

其中的传播特性参量主要有电磁波的频率、工作波长、截止波长、波导波长、相速、群速、特性阻抗以及模式等。

与在自由空间中传播时相比，电磁波在矩形波导中传播时，很多传输特性参量将产生变化，例如波长、相速以及群速等，其中的波长的变化最大，也最基础。

能够形象理解工作波长接近截止波长时电磁波在波导中的传播特性，对理解电磁波在矩形波导中的传输特性有很重要的意义。

传统的微波技术在这一部分的教学中，一般采用原理介绍以及公式推导的方式进行，导致学生对电磁波进入矩形波导后的性能变化没有直观的理解，影响其对此处知识的掌握。

传统的教学方式可以给出电磁波在波导中正常传播时，波导内的电场分布情况，但是没有给出工作在截止波长附近电磁波在波导内的电场分布情况，使学生不能对截止波长有比较形象的理解。

本文利用HFSS 软件辅助，针对工作在矩形波导截止波长附近的电磁波在波导内的传播特性进行建模，给出不同频率情况下电磁波在波导内的电场分布情况，从而使学生对截止模式以及传输模式有比较直观的理解，可以改善学生对矩形波导传输特性的理解程度[1-2]。

2 利用HFSS 软件辅助矩形波导传输特性教学微波技术基础中，电磁波在矩形波导中传播特点的理论基础比较清晰。

以标准的BJ-10波导为例，其宽边和窄边的尺寸为22.86mm×10.16mm。

因此其截止波长为宽边长度的2倍，也即45.72mm，换算成频率为6.56GHz，也即只有频率大于6.6GHz 的电磁波才能在波导中传播；低于此频率，波导处于截止状态，全反射。

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计-、新建文件、重命名、保存、环境设置。

(1) 、菜单栏File»save as,输入Antenna,点击保存。

(2).设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。

(3)、设置模型单位：3D Modeler>Units 选择mm，点击OK。

(4)、菜单栏Tools»Options>>Modeler Options,勾选"Edit properties of new pri ”,点击OK。

建立微带天线模型Sf W41Vhi t |Ev«l i Qftttdl ¥D«1CTkptLi9in"ordintl 吉GlebaFoil ti DBL o B o■■O M魯Oto * …ISlEt2S 1M 2& iwttiit32—321--Q 05■-Q CO**修改名称为GND，修改材料属性为pec ,LJCwhna | I修改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色透明度0.4。

⑴点击创建GND起始点：x:0 , y:0 , z:-0.79 dx:28.1,dy:32,dz:-0.05ITIN1fT11 11Or a rht * 般z心lh ■>!看fi...UnTruiiptrtiit.0 21Ut4"«hljr厂厂厂厂厂厂厂厂(2)介质基片：点击，:x:0，y:0，z:0。

dx: 28.1，dy: 32，dz: - 0.794，点击OK(3) 建立天线模型patch , 匚gag]C^crdiMlt .7 03 #812 «5-»TSi m命名为patch ，点击OK£弹・・^扌 ikt-lir iIMSLine,dx:2.46 , dy: 8 , dz: 0.05 ,点击： ,x:7.03,y: 8, z:0,dx: 12.45 , dy: 16 , dz: 0.05(4)建立天线模型微带线点击：,x:10.13,y: 0, ,z: 0V AI IP«ICTiptLMCcMtniCrtktitBtiGUbtlPtiili m10 13 H 0』p> 10 1A d 0t 炸■A tIStnB MA MZSi r«4 «0 ffiM命名为MSLine,材料pec,透明度0.4班“啊叶¥Dwfcripti Mt R4*4-«JyKi lEUn.r V^lerial■p -W**p«*厂 lEkiidltF厂Ori GlobdLr B«4*lr厂r Ccl^T* Edit rTrimjspw*»t0 *r选中 Patch 和 MSLine,点击 Modeler>Boolean>Unite(5)、建立端口。

矩形波导仿真实验报告标题：矩形波导仿真实验报告摘要：本实验报告旨在通过矩形波导的仿真实验，深入探讨矩形波导的基本原理、工作特性以及其在通信领域中的应用。

通过仿真实验，我们可以更好地理解矩形波导的电磁波传输机制，验证其传输效果，并对其性能进行评估。

本报告还包括对矩形波导在微波、光通信等领域的应用前景的讨论。

1. 引言1.1 研究背景1.2 实验目的2. 矩形波导的基本原理2.1 电磁波传输原理2.2 矩形波导的结构与特点3. 矩形波导的仿真实验设计3.1 实验所用软件和工具3.2 实验所用材料和设备3.3 实验步骤4. 实验结果与分析4.1 矩形波导的传输效果评估4.2 电磁场分布和损耗分析4.3 参数对传输性能的影响分析5. 矩形波导在通信领域中的应用5.1 微波通信领域中的应用案例5.2 光通信领域中的应用案例5.3 应用前景与展望6. 总结与展望在本实验中，我们首先对矩形波导的基本原理进行了介绍，包括其电磁波传输原理以及结构特点。

我们详细描述了矩形波导的仿真实验设计，包括所用软件和工具、材料和设备以及实验步骤。

我们给出了实验结果与分析，评估了矩形波导的传输效果，并对电磁场分布和损耗进行了分析。

我们还研究了参数对传输性能的影响。

随后，我们讨论了矩形波导在通信领域中的应用案例，包括微波和光通信领域，并对其应用前景和发展进行了展望。

通过本次矩形波导仿真实验，我们对矩形波导的基本原理有了更深入的理解，并对其在通信领域中的应用进行了探讨。

期望该实验报告能为研究者和工程师提供有价值的参考和启示，进一步推动矩形波导技术的发展与应用。

观点与理解：矩形波导作为一种重要的波导结构，具有许多独特的优势和应用前景。

从基本原理到仿真实验，我深入探索了矩形波导的特性和性能，并对其在通信领域中的应用进行了评估。

通过本次实验，我认识到矩形波导有着广泛的应用前景，特别是在微波和光通信领域。

希望通过我对这个主题的深入研究和理解，能够为更多人提供有价值的知识和见解，促进该领域的发展与创新。

基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由安捷伦（Ansys）公司开发的一款高频电磁仿真软件，主要用于分析和设计高频、射频和微波器件。

在无线通信领域中，微带天线是一种常用的天线类型，具有结构简单、制作工艺方便等优点，因此在各种无线通信系统中得到广泛应用。

矩形微带天线是一种常见的微带天线形式，其结构简单，易于制作。

它主要由导线带、底座和贴片构成。

导线带通常是由金属材料制成，贴片是指附在底座上的绝缘材料，贴片的尺寸和形状决定着微带天线的频率特性。

HFSS软件可以通过建立几何模型、定义材料属性和设置边界条件等步骤来对矩形微带天线进行仿真。

需要根据实际要设计的微带天线的尺寸和形状，在软件中建立一个几何模型。

然后，根据天线的材料特性，设置相应的材料属性。

接下来，需要定义天线的边界条件，例如接地平面和边界面的特性等。

然后，软件会自动求解出微带天线的电磁场分布和频率特性。

根据仿真结果，可以优化天线的设计参数，以达到所要求的性能指标。

对于矩形微带天线来说，设计的关键参数主要有频率、带宽、辐射方向图和增益等。

通过HFSS软件的仿真和优化，可以为设计者提供参考和指导，帮助其快速实现设计目标。

可以通过调整天线的尺寸和形状来实现所需的工作频率；通过优化导线带和贴片的尺寸和位置，可以增加微带天线的带宽；通过调整导线带的长度和宽度，可以改变微带天线的辐射方向图和增益。

通过不断调整和优化，最终得到满足需求的微带天线设计。

通过HFSS软件的矩形微带天线仿真与设计，可以准确分析天线的电磁场分布和频率特性，帮助设计者优化天线的尺寸和形状，实现所需的性能指标。

这种仿真与设计方法既提高了天线设计的效率，又降低了开发成本，对于无线通信系统的设计和建设具有重要意义。

1 天线的主要参数时变的电流和被加速的电荷都可以产生辐射，辐射产生的电磁能量能够在空间中传播。

天线能够定向辐射和接收电磁波能量。

天线按照工作性质可以分为发射天线和接收天线；按照用途可以分为通信天线、雷达天线、广播天线和电视天线等；按照波段可以分为长波天线、中波天线和短波天线等。

一般常见的天线结构为线天线、环天线、面天线、喇叭天线、介质天线、微带天线和裂缝天线等。

为了实现特定的工程任务，天线经常也组成天线阵列。

1.1 方向图天线的空间辐射在不同方向是不同的，可以用方向性函数(,)f θϕ来描述。

根据方向性函数绘制的天线辐射（或接收）场强-振幅-方向三维特性的图形简称为方向图。

工程也常采用两个互相正交主平面上的剖面图来描述天线的方向性，一般为俯视图和水平面方向图。

绘制某一平面的方向图时，可以采用极坐标方式。

方向图一般呈花瓣状，所以也称为波瓣图，其中最大的波瓣称为主瓣，其余的称为副瓣或旁瓣。

方向图主瓣上两个半功率电平点之间的夹角称为主瓣宽度或半功率波束宽度。

电场最大值Emax 所在的波瓣称为主瓣。

在Emax 的两边，电场下降到最大值2时，对应功率为最大方向的一半，这两个辐射方向之间的夹角即为主瓣宽度。

1.2 方向性系数发射天线的方向性系数表征天线辐射的能量在空间分布的集中能力，定义为相同辐射情况下，天线在给定方向的辐射强度与平均辐射强度之比：220(,)(,)E D E θϕθϕ= （1-1） 式中，(),E θϕ是该天线在(),θϕ方向下某点的场强，0E 是全方向点源天线在同一点产生的场强。

一般情况下关心的均为最大辐射方向的方向系数。

接收天线的方向性系数表征天线从空间接收电磁能量的能力，即在相同来波场强的能量下，天线在某方向接收时向负载输出功率与点源天线在同方向接收是向负载输出功率之比。

发射天线的方向性系数和接收天线的方向性系数虽然在定义上不同，但数值上是一样的。

增益：如果将式（1-1）定义的方向性系数中的辐射功率改为天线的输入功率，即考虑天线本身的能量转换效率，则该定义为增益。