一、实验原理
矩形波导中的金属膜片分为两类，一类为容性膜片如图1（a），这种结构的膜片能储存净电磁能，具有电容的性质,其等效电路如图1（b）。一类为感性膜片如图2（a），其等效电路如图2（b）。容性膜片是设置在矩形波导宽壁上的金属薄片；感性膜片是设置在矩形波导窄壁上的金属薄片。
jB
Y=
Y0Y
（a）容性膜片（b）等效电路
图1容性膜片及等效电路
jB
Y=
Y0Y
（a）感性膜片（b）等效电路
图2感性膜片及等效电路
对称结构的容性膜片的归一化电纳近似计算公式为
)
2
'
ln(csc
4
b
b
b
Y
B
B
g
π
λ
=
=
式中，
Y为矩形波导的导纳；a、b为矩形波导横截面尺寸；a'、b'为膜片间距。
对称结构的感性膜片的归一化电纳近似计算公式为
)
2
'
(
cot2
a
a
a
Y
B
B g
π
λ
-
=
=
[]????
?
?
??????+-+++-=y y y y y y S 222
222 其中B j y =是膜片的归一化导纳。
二、实验步骤
1. 画波导：
（1）在菜单栏中点
击
（Draw Box ），顶点坐标（0,0,0），尺寸
（23mm,10mm,50mm ），名字：waveguide 。
2. 画容性膜片1 （b ’=0.5b ）
（1）在菜单栏中点击
（Draw Rectangle ）；
（2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标X=0，Y=0，Z=10，然后按回车键；
（3）输入尺寸，dX=23，dY =2.5，dZ=10，然后按回车键；
（4）名字改为iris1。
3. 画容性膜片2
（1）在菜单栏中点击Draw>Rectangle
（2）在右下角的坐标栏中输入长方体的起始点位置坐标X=0，Y=10 ,Z=10 （3）输入X,Y,Z三个方向尺寸，dX:23，dY:-2.5
（4）名字改为iris2。
4. 设置waveguide的颜色的透明度
双击waveguide，点击Transparent右侧的栏目，通过拖动比例值调整颜色的透明度（如图3）。
图3 调整颜色的透明度
画完的波导容性膜片如图4。
图4 波导容性膜片
5. 设置边界条件
（1）选择波导的四个长侧面（被选择的面变为粉色），设置为理想导体perfect E。（可以通过点击HFSS>Boundaries>Assign> Perfect E实现，或者点击鼠标右键>Assign Boundary> Perfect E。）
（2）选择iris1，设置为perfect E。
（3）选中iris2，设置为perfect E。
6. 设置激励源
（1）选择波导的上面端口，点击HFSS>Excitations>Assign>Wave port 或者点击鼠标右键>assign excitation>wave port，设置为wave port。
（2）选择波导的下面端口设置为wave port。
7. 设置求解条件并计算
在HFSS>analysis setup中，将频率设置为13GHz。点击进行计算。
8. 画膜片上的电流矢量图
(1)先将waveguide隐藏只显示两个膜片。
点击工具，将visibility下的一列waveguide的√除掉（如图5）。
图5 隐藏waveguide
(2) 画场分布图
同时选中iris1与iris2，点击鼠标右键>Plot Fields>J>Vector_Jsurf，出现如图6界面，点击Done，电流矢量图如图7。
图6 画电流矢量
图7 电流矢量分布图
(3) 演示场分布动态图
右键点击Field Overlays>Animate（如图8），其它项为默认值。
图8选择animate
9. 查看计算数据并与理论值比较
通过HFSS>Results>Solution Data记录仿真的S参数。并与式（1）中计算的理论值进行比较（如表1）。从表中可见，仿真值与理论值基本一致，仿真方法正确。
表1 容性膜片的S参数理论值与仿真值（b’=0.5b）
10．设置变量
利用HFSS的变量功能，可以将波导的尺寸设置为变量a和b，容性膜片之间的距离设置为变量bp，以便调整尺寸大小。具体步骤如下：
（1）设置waveguide尺寸变量a和b。
双击waveguide下的CreatBox（如图9），在Xsize栏输入“a”，变量值赋为23mm（如图10）。在Ysize栏输入“b”，变量值赋为10mm（如图11）。
图9 waveguide下的CreatBox
图10 输入变量a
图11 输入变量b
（2）设置容性膜片尺寸变量。
将iris1的position赋为(0mm,0mm,10mm)，Xsize为a，Ysize赋为(b-bp)/2，变量bp的值赋为0.5*b（如图12）。
图12 iris1的变量
将iris2的position赋为(0mm,b,10mm)，Xsize为a，Ysize赋为-(b-bp)/2（如图13）。
图13 iris2的变量
（3）点击，检查确定boundary、exitation、analysis setup都设置正确，
①选择waveguide的4个长侧面，点击鼠标右键>Assign Boundary> Perfect E；
选择iris1，点击鼠标右键>Assign Boundary> Perfect E；
选择iris2，点击鼠标右键>Assign Boundary> Perfect E；
选择waveguide的上端面，点击鼠标右键>assign excitation>wave port；
选择waveguide的下端面，点击鼠标右键>assign excitation>wave port；
②在HFSS>analysis setup中，将频率设置为13GHz。
点击进行计算。
（4）更改变量值。
点击HFSS>Design Properties（如图14），出现“Properties：iris-HFSSDesign1”窗口，在Value列中可以更改各变量的值或者计算公式（如图15），将bp的value
改为“0.6*b”。
图14 Design Properties
图15 各变量及变量值
（5）更改变量之后需要根据新的变量值重新计算，点击进行计算。
三、实验要求
以a=23mm，b=10mm的波导为例，仿真波导容性膜片（b’=0.6b），要求（1）简要概括仿真步骤（比如波导的顶点与尺寸，膜片的顶点与尺寸，边界条件设置步骤，源的设置）；
（2）给出膜片上的电流矢量分布图；
（3）将软件计算的S参数与理论值进行比较填入表中。
（实验报告从以下封面开始，将上面文字全部删除，实验报告可以双面打印）
微波技术与天线实验报告
实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析波导膜片
学生班级：
学生姓名：
学生学号：
1. 仿真步骤
（1）画图
画波导。长方体，顶点为。。。。。，尺寸为。。。。。。。，命名为。。。。。
画膜片1。XY面上的矩形，顶点为。。。。。，尺寸为。。。。。。。，命名为。。。。。
画膜片2。XY面上的矩形，顶点为。。。。。，尺寸为。。。。。。。，命名为。。。。。（2）设置边界条件。
（3）设置激励源。
（4）设置求解条件
2. 仿真结果
（1）膜片上的电流矢量如图1。
图1膜片上的电流矢量分布
（2）膜片的S参数理论值与仿真值比较如表1。
表1 波导感性膜片的S参数理论值与仿真值（b’=0.6b）