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1、实验一 T形波导的内场分析实验目的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、优化设计方法和工作原理。实验仪器1、装有windows系统的PC 台2、或更高版本软件3、截图软件实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量 大小。T形波导实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程：打
2、开HFSS软件后，自动创建一个新工 程：Projectl,由主菜单选FileSave as ,保存在指定的文件夹 内，命名为 Ex1_Tee；由主菜单选 Project、Insert HFSS Design， 在工程树中选择HFSSModell,点右键，选择Rename项，将设计命 名为 TeeModel。选择求解类型为模式驱动(Driven Model ):由主菜单选 HFSSSolutio n Type，在弹出对话窗选择 Driven Model 项。 设置长度单位为in：由主菜单选3DModelerUnits，在Set Model Units 对话框中选中 in 项。2、创建T形波导模型
3、：创建长方形模型：在Draw菜单中，点击Box选项，在Comma nd 页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置 名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent (透明度)将其设为。 Material (材料)保持为 Vacuum。设置波端口源励：选中长方体平行于yz面、x=2的平面；单击 右键，选择 Assign ExcitationWave port 项，弹出 Wave Port 界 面，输入名称WavePortl ；点击积分线(IntegrationLine)下的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
4、端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,处，作为端口终复制长方体：展开绘图历史树的 ModelVacuumTee 节点，右 键点击Tee项，选择EditDuplicateAround Axis,在弹出对话窗 的Axis项选择Z,在Angel项输入90deg,在Total Number项输入2, 点0K,则复制、添加一个长方体，默认名为TEE_1。重复以上步 骤，在Ange I项输入-90,则添加第3个长方体，默认名Tee_2.合并长方体：鼠标右键切换到物体选择状态。选中第1个长方体， 按下 CtrI 键的同时选中第 2、3 个长方体，由主菜单选 3D ModelerBooleanUnite，则将
5、三个长方体组合在一起，形成了一个 T型接头。创建隔片：绘制长方体：Draw/box命令任意创建一个长方体， 确定位置参数：绘图工程树双击 CreateBox1 在属性对话窗口的 Comma nd页，在Positio n项输入，Oi n，调整长方体尺寸；由T 型接头中减去间隔：在历史树中选择Tee项，按下Ctrl键的同时 再选中 Septum 项。由主菜单选 3D ModelerBooleanSubtract，在 弹出对话窗口中，确定Tee在Blank Parts列，Septum在Tool Parts 列（即将间隔从型接头中去掉），点OK完成。3、分析求解设置：在工程树中，找到 TeeModel
6、Analysis 节点，点右键 ，选择 Add Solution Setup，弹出对话窗。在 General 标签页的 Solution 项输入 10，默认单位为 GHz，在 Adaptive Solutions 的 Maximum Number of Passes项设为3，其它不变，点击确定。添加扫频设置：在工程树中的 Setup1 项上点右键，选择 Add FrenquencySweep，在弹出对话窗中选择General项，其它具体设置 默认不变；在Type栏选择Linear Step，定义频率范围为：810GHz， 阶长，点0K完成。设计检查：主菜单选HFSSValidation Che
7、ck,则弹出确认检查 窗口，对设计进行确认。全部完成且没有错误时，点Close结束。4、运行仿真分析：由主菜单选HFSSAnalyze all，对设计的模型进行三维场分析 求解。求解全部完成后，在信息管理区会出现确定信息。5、查看仿真分析计算结果：创建一个S参数的矩形曲线图；创建一个电场视图；创建动态演示场覆盖图内场分析结果1、图形化显示S参数计算结果图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线2、查看表面电场分布表面场分布图3、动态演示场分布图实验总结：实验二T形波导的优化设计实验目的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、优化设计方法和工作
8、原 理。实验仪器1、装有windows系统的PC 台2、或更高版本软件3、截图软件实验原理利用参数扫描分析功能。分析在工作频率为10GHz时，T形波导3 个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offset的变化关系。利用 HFSS的优化设计功能，找出隔片的准确位置，使得在10GHz工作频 点，T形波导商品3的输出功率是端口 2输出功率的两倍。实验步骤1、新建个优化设计工程；由主菜单选FileOpen，打开第二部分所创建的文件。由主菜单 选FileSave as，保存在自建文件夹内，命名为，删除频率扫描。2、参数扫描分析设置和仿真分析：在工程树中选Optimetrics项上点右键，选择AddPar
9、ametrie 项添加参数扫描分析项。定义输出变量：添加变量扫描定义：在对话窗的 SweepDefinitions标签页，点击Add,在新弹出窗口中已经默认调节变量 为offset选择Lin ear step项，变量范围设为01,阶长为，单位 均为in,点击Add，则在窗口右侧加入调节变量及其设置。点0K。定义输出变量：在Calculations标签页（注：设置页面可以在 工程树下 Opimetrics/ParametricSetupI 打开），点击左下角 Setup Calculation,则弹出Add/Edit Calculations对话窗。点击左下角 Output Variables,
10、弹出 Output Variables 对话框，定义 Powerll、 Power21、Power31 变量.运行参数扫描分析：在工程树中的ParametricSetupl项上点击 右键，选择An alyze，对参数设置中变量扫描定义的每一个变量进行 3D场分析求解。全部完成后，在信息管理区会出现确定信息。创建S参数与Offset变量的关系曲线图：在工程树的Results 项点右键，选择 Create Modal data Report 项选择 Rectangular Plot, 点OK完成，则弹出对话窗默认选择Trace选项。3、优化设计：添加优化变量：由主菜单选HFSSDesign Pro
11、perties,在弹出 对话窗选择Optimization项，在offset栏勾选Include项，点击确 定完成。添加目标函数：这里的优化目标是端口3的输出功率是端口2的 2倍，目标函数为：Power31-2*Power21=0。优化设置的对话框下在 Goals标签页，点击左下角Setup Calculation选项，弹出Add/Edit Calculation对话框，点击左下角Output vadiables,创建新的个 目标变量，Name栏中为：Cost,通过丨nsert in to Expressio n选项 在Expression栏中写入表达式：Power31-2*Power21。然
12、后点击Add， 最后点击右下方Done。返回到Add/Edit Calculation对话框，点击 下方Add Calculation，添加目标变量到Setup Optimization对话 框Cost中。设置优化变量的取值范围：选择Variables标签页，在Variable 列只有offset变量，勾选Override项，在starti ng Value列输入。 Min中：0， Max中：，offset变化范围在0到之间。运行优化分析：在工程树的OptimizationSetup1项上点右键，选择 Analyze，进行优化分析。此过程需要几分钟，可进行下面的实验步 骤。在工程树的Optim
13、izatio nSetup1项上点右键，选择View An alysis Result，察看优化结果。实验结果1、创建功率分配随变量Offset变化的关系图输出变量随变量Offset变化的关系图分析：从上图所示的图可以看出，当变量Offset值逐渐变大时， 即隔片位置向端口2移动时，端口2的输出功率逐渐减小，端口3的 输出功率逐渐变大；当隔片位置变量Offset超过英寸时，端口 1的 反射明显增大，端口3的输出功率开始减小。因此，在后面的优化设 计中，可以设置变量 Offset 优化范围的最大值为英寸。同时，在 Offset=英寸时，端口 3的输出功率约为，端口 2的输出功率略大于， 此处端口
14、3的输出功率约为端口2输出功率的两倍。因此，在优化设 计时，可以设置变量Offset的优化初始值为英寸。另外，变量Offset 优化范围的最小值可以取0英寸。2、表面电场随变量Offset变化Offset=0inOffset=Offset=Offset=优化设计结果1、优化结果在 offset二时，目标函数(Cost function) ： Power31-2*Power21二达 到预期优化效果。2、优化后电场分布实验总结：实验三半波偶极子天线仿真实验报告实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉日HFSS软件的使 用方法2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法
15、3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith 圆图特性、方向图特性等4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法 实验仪器1、装有 windows 系统的 PC 一台2、HFSS3、截图软件实验原理本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。天线沿着 Z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为入， 半径为入/200。天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为，辐 射边界和天线的距离为入/4。首先明白一点:半波偶极子天线就是对称阵子天线。2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。 一臂的导线半径为入/200。长度为I二入。两臂之间的间隙很小，理 论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=21。对称振子的长度与波 长相比拟，本身己可以构成实用天线。3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认 为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布 可以表示为:式中，lm为天线上波腹点的电流;k为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点;电流分布关于振子的中心 店对称;超过半波长就会出现反相电流。4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数 个电流l(z),
