基于HFSS分析波导腔体实例

内容概述
圆柱体腔体谐振器简介
HFSS设计概述
HFSS设计步骤和设计流程
1.改名：工程名：Resonator；设计名：Cavity
2.修改模式：本征模求解模式
3.修改单位：mm
4.创建谐振腔模型4.1创建圆柱体
4.2修改属性：Cavity，0.8
4.3修改参数：顶点（0,0,0），H=15，r=15
5.设置边界条件：有限导体边界条件
6.添加求解设置项
7.设计检查
7.1有错误，查看之
7.2再检查
8.运行分析
9.查看谐振频率和品质因数
10.查看模式1的中心平面的电场和磁场的分布
10.1创建中心平面：顶点：（0,0,7.5） 法线方向（0,0,1）
10.2查看电场分布
10.3查看磁场分布
11.查看模式1的YZ平面上的电场和磁场的分布11.1查看电场
11.2查看磁场
12.查看模式2的电场和磁场的分布12.1更改为模式2
12.2电场和磁场分布已经自动改变
13.隐藏电场和磁场分布
14.添加圆柱介电层
14.1创建圆柱
14.2修改属性：DielREs，Roger R03010
14.3修改参数：顶点（0,0,0），r=5，H=height（4mm）
15.添加参数扫描：0-15，步长：1mm
15.1分析
16.查看结果。

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。

容概述
圆柱体腔体谐振器简介
HFSS设计概述
HFSS设计步骤和设计流程
1.改名：工程名：Resonator；设计名：Cavity
2.修改模式：本征模求解模式
3.修改单位：mm
4.创建谐振腔模型4.1创建圆柱体
4.2修改属性：Cavity，0.8
4.3修改参数：顶点（0,0,0），H=15，r=15
5.设置边界条件：有限导体边界条件
6.添加求解设置项
7.设计检查
7.1有错误，查看之
7.2再检查
8.运行分析
9.查看谐振频率和品质因数
10.查看模式1的中心平面的电场和磁场的分布10.1创建中心平面：顶点：（0,0,7.5） 法线方向（0,0,1）
11.查看模式1的YZ平面上的电场和磁场的分布11.1查看电场
11.2查看磁场
12.查看模式2的电场和磁场的分布12.1更改为模式2
12.2电场和磁场分布已经自动改变
13.隐藏电场和磁场分布
14.添加圆柱介电层14.1创建圆柱
14.2修改属性：DielREs，Roger R03010
14.3修改参数：顶点（0,0,0），r=5，H=height（4mm）
15.添加参数扫描：0-15，步长：1mm
15.1分析
16.查看结果。

HFSS 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，0=z E 。

cos cos zz mn m x n y H H e a bγππ-=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 bγωμπππ-=-2sincos z x mn c m m x n y H H e k aa bγλπππ-=2cossin z y mn c n m x n y H H e k ba bγλπππ-=其中，c k 22m n a b ππ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+mn 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mnTE 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。

以a=23mm ，b=10mm 的空心矩形波导为例，由截止频率的计算公式22)()(21bna m f c +=με，可以计算GHz f cTE 52.610=，GHz f cTE 04.1320=，GHz f cTE 1501=，所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz 。

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。

HFSS谐振腔体实例分析
HFSS设计概述
HFSS设计步骤和设计流程
1.改名：工程名：Resonator；设计名：Cavity
2.修改模式：本征模求解模式
3.修改单位：mm
4.创建谐振腔模型4.1创建圆柱体
4.2修改属性：Cavity，0.8
4.3修改参数：顶点（0,0,0），H=15，r=15
5.设置边界条件：有限导体边界条件
6.添加求解设置项
7.设计检查
7.1有错误，查看之
7.2再检查
8.运行分析
9.查看谐振频率和品质因数
10.查看模式1的中心平面的电场和磁场的分布10.1创建中心平面：顶点：（0,0,7.5） 法线方向（0,0,1）
10.2查看电场分布
10.3查看磁场分布
11.查看模式1的YZ平面上的电场和磁场的分布11.1查看电场
11.2查看磁场
12.查看模式2的电场和磁场的分布12.1更改为模式2
12.2电场和磁场分布已经自动改变
13.隐藏电场和磁场分布
14.添加圆柱介电层
14.1创建圆柱
14.2修改属性：DielREs，Roger R03010
14.3修改参数：顶点（0,0,0），r=5，H=height（4mm）
15.添加参数扫描：0-15，步长：1mm
15.1分析
16.查看结果。

《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。

HFSS报告,波导腔体内场分析实验11 波导腔体内场分析建⽴⼀个T型波导模型，利⽤HFSS软件求解、分析，观察T型波导的场分布情况。

设计步骤：⼀、创建⼯程和设计第1步：打开HFSS并保存新⼯程运⾏HFSS软件后，⾃动创建⼀个新⼯程：Project1的新⼯程和名称为HFSSDesign1的新设计。

由主菜单选File/Save as，保存在USER（E：）盘⾃建⽂件夹内，命名为Ex11_Tee。

在⼯程树中选择HFSS Design1，点击右键，选择Rename项，将设计命名为TeeModel。

第2步：选择求解类型由主菜单选HFSS/Solution Type，在弹出对话窗选择Driven Modal项。

第3步：设置单位由主菜单选3D Modeler/Units，在Set Model Units 对话窗中选择in项。

⼆、创建模型第⼀步：创建长⽅体绘制⼀个长⽅体：由主菜单选Draw/Box：按下Tab键切换到参数设置区（在⼯作区的右下⾓），设置长⽅体的基坐标（x，y，z）为（0，-0.45,0），数据输⼊时⽤Tab键左右移动，按下Enter键确认后，输⼊长⽅体的长和宽（dx，dy，dz）为（2，0.9，0）再按下Enter键确认，输⼊⾼度（0，0，0.4），按Enter键确认。

注意：在设置未全部完成时不要在绘图区中点击⿏标！定义长⽅体属性：设置完⼏何尺⼨后，⾃动弹出该长⽅体的属性对话框。

选择Attribute 标签页，讲Name项改为Tee，Material 项保持为Vacuum不变，点击Transparent项的数值条，在弹出的窗⼝移动滑条使其值为0.4，提⾼透明度。

设置完毕后，按下Ctrl+D键，将长⽅体适中显⽰，如图1a所⽰。

定义波形端⼝：按下F键切换到⾯选择状态，选中长⽅体平⾏于yz⾯、x=2的平⾯，再点右键，选择Assign Excitation/Wave Port项，弹出Wave Port界⾯，输⼊名称Port1，点Next；点击Integration Line项选择New Line，则提⽰绘制端⼝，在绘图区该⾯的下边缘中部即（2,0,0）处点左键，确定端⼝起始点，再选上边缘中部即（2,0,0.4）处，作为端⼝终点。