《T型波导的内场分析和优化设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《T型波导的内场分析和优化设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、T型波导的内场分析和优化设计目录摘 要 3一、前言 .3二、报告正文32.1 模型整体设计流程42.2 求解方式的选择42.3 模型的建立52.4分析求解设置 62.4.1添加求解设置 62.4.2 添加扫频设置62.4.3 图形化显示 62.4.4 表面电场分布 72.4.5 结果显示 82.5 模型优化的设计8三、结论10四、主要参考文献10摘要本次三级项目的主要内容是T形波导的内场分析和优化设计。主要分析 了 HT 分支波导和双 T 分支波导。利用 HFSS 软件设计出 T 形波导，观察在 810GHZ的工作频段内，波导三个端口的S参数随频率变化的关系曲线，同 时观察在10GHZ时波导表
2、面的电场分布。之后利用HFSS的参数扫描分析功 能和优化设计功能，分析在10GHZ处波导三个端口随着隔片位置变量Offset 变化的关系曲线；，分析找出端口3的输出功率是端口2的输出功率的2倍时 隔片所在位置。一、前言在信息高速公路和知识经济出现的情况下，研究各种形状的电磁波导是必 要的，根据波导管截面形状的不同，可以将波导分为矩形波导、圆形波导等。 而在微波系统尤其是波导系统中，元件的接入必须由分支元件来实现。普通波 导分支是三端口微波元件，形如字母T，因此又称T形接头。而矩形截面 波导的分支主要有ET分支、HT分支和匹配双T分支。本次三级项目再此基 础上进行对T形波导的内场分析和优化设计，
3、加深对T形波导认识与了解。二、报告正文T形波导是形如字母“T”的矩形截面金属波导的分支，可以将微波能量从 主波导中分路接出的波导分支器，分为ET形分支、HT形分支和匹配双T。ET 形分支HT 形分支ET形分支波导延伸方向与主波导中TE10模的电场平面平行。为了使 用方便，ET分支的结构总是作成对称的，主波导的两臂长相等。主波导两 臂端口为和，分支臂端口为。当TE10模从端口输入时，和两端 口输出等幅反相波。当TE10模从和端口等幅同相输入时，端口无输 出，主波导内呈驻波场，引出分支的对称平面为电场的波腹位置。当TE10模 从和端口等幅反相输入时，端口有最大输出，对称面为电场波节位置。HT形分支
4、是在主波导窄边面上的分支，其轴线平行于主波导TE10模的 磁场方向，相当于并联于主波导的分支线。信号以TE10模从端口输入， 和的两端口输出等幅同相波；信号以TE10模从端口和等幅同相输入， 端口有最大输出，主波导中呈现驻波，主波导引出分支的对称面处为电场驻 波波腹；信号以TE10模从端口和等幅反相输入，端口无输出，对称面 处为电场驻波的波节。2.1 模型整体设计流程利用HFSS软件设计一个带有隔片的T形波导，当隔片位于波导的正中央 时，在810GHz的工作频段内，波导3个端口的S参数随着频率变化的关系 曲线，同时分析查看在10GHz时波导表面的电场分布。然后利用HFSS的参 数扫描分析功能分
5、析在10GHz处，波导3个端口的S参数随着隔片位置变量 Offset变化的关系曲线，并使用HFSS的优化设计功能，求解出当端口 3的输 出功率是端口 2 的输出功率的两倍时隔片所在的位置。2.2 求解方式的选择本次项目主要利用 HFSS 软件中 Optimetrics 模块的参数扫描和优化设计 功能对T形波导的隔片位置进行参数扫描分析和设计优化。参数扫描分析的 目的是：在工作频率10GHz时，查看T形波导3个端口的能量随着隔片位置 变量Offset的变化曲线；优化设计的目标是：在工作频率为10GHz时，求解 出隔片的准确位置，使端口 3 的输出功率是端口 2输出功率的两倍。2.3 模型的建立运
6、行HFSS并新建工程，选择求解类型：【HFSS】f【SolutionType，选中Driven Modal单选按钮。设置长度单位：主菜单栏选择【Modeler】一Units】，选择英寸单位。 创建长方体：【Tools】f【Options】f【Modeler Options，选择 Drawing选项卡，确认选中Edit Properties of new primitives；主菜单栏选择 【Draw】f【Box】，输入长方体的起始点坐标为（0, 0.45, 0）,确认后， 再输入长方体的长、宽、高分别为 2、0.9、 0.4，确认后设置属性。设置波端口激励：切换到面选择状态，选中长方体上位于
7、x = 2处平行于 yz面的平面，选择【Assign Excitation】一【Wave Port】，在Name项输入端 口名称Portl；在新窗口中打开Integration Line下方的下拉列表框，选择New Line选项，设置端口的积分校准线，选中New Line后，进入端口积分线绘制 状态。此时移动鼠标 光标到坐标（2， 0， 0）处，单击鼠标，确定积分线的起 始点；然后再移动鼠标光标到（2， 0， 0.4）处，单击鼠标，确定积分线的终 止点，完成积分线设置。复制长方体创建T形波导的第二个和第三个臂：选择【Tools】一【Options】f【HFSS Options，选择 Gener
8、al，选中 Duplicate boundaries with geometry 复选框，复制长方体创建 T 形波导的第二个臂。展开操作历史 树，选择新建的长方体，选择【Edit 【Duplicate】一Around Axis，打 开Duplicate Around Axis对话框，进行复制物体的操作。对话框中的Axis项 选择乙Angle项输入90deg， Total number项输入2,复制生成一个与z轴成 90夹角的长方体。同样的方法创建第三个臂。合并长方体：主菜单栏选择【Tools】一【Options】一【Modeler Options ，打开3D Modeler Options对话
9、框，选择Operation选项卡，确认 Clone tool objects before unite 复选框未被选中。切换到物体选择状态，选中 3 个长方体，从主菜单栏选择【3D Modeler】一【Boolean】一【Unite】命令执 行合并操作，将3个长方体合并生成一个T形物体模型。创建隔片：设置起始点位置为0.45in, Offset-0.05in, Oin,长宽高尺寸 为.45、0.1和0.4的长方体。相减操作完成后，创建的完整的T形波导模型。2.4 分析求解设置2.4.1添加求解设置在工作界面左侧的工程管理窗口 (Project Manager)中，展开TeeModal 设计，选
10、中Analysis节点，单击右键，在弹出的快捷菜单中单击【Add Solu tion Set up】，打开求解设置对话框。在该对话框中，Solu tion Frequency项输入10,默认单位为GHz,其他项都保持默认设置不变，单击 确定按钮结束。此时，就在工程管理窗口 Analysis 节点下添加了一个名称为 Setup1 的求解设置项。2.4.2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】，打开、Edit Sweep 对话框。 在该对话框中， Sweep Type 项选
11、择 Interpolating， Frequency Setup 项作如下表所示的设置。其他项保持默认设置不变，然后单 击Edit Sweep对话框的OK按钮完成扫频设置，此时即在Setup1节点下添 加了一个名称为 Sweep1 的扫频设置项，TypeLinearSetupStart8GHzStop10GHzStep Size0.01GHz利用设计检查验证窗口，检验设计的完整性和正确性。从主菜单栏选择【HFSS】f【Analyze All】，运行仿真分析。2.4.3图形化显示S参数计算结果单击 result 项，选择【Create Modal Solution Data Report】f【R
12、ectangular Plot】，绘制出S11、S12、S13幅度随频率变化的曲线。2.4.4表面电场分布选择【HFSS】f【Fields】f【Plot Fields】-【E】f【Mag_E】，打开 Create Filed Plot 对话框，对话框所有设置保持默认不变，单击按钮， 此时在选中的 T 形波导上表面会显示出场分布情况。1CwveMo10 OO24 (in)tit* cMplt4 vith icutioz nrr on iivr Lxtl ItchiM B 3 12 1 crtt ckili ftx” ik3 vrr 4 * 2ST 06 43 56 下牛 一月 Ct crM f
13、tivllin n irrr L*cl ItcbiM 44 42 T牛 月:-J| at 2016) 2010):一月 02, 2016)20110)1:一月 at. 2016) 下牛_月02, 201S),sow).3016)800925Rtq|GHz|野 OpUMlrie. * A B Baiulli pSh n.t I 卜(sat片(sar S 回 PmtI Pi14 htx Project IE Fi el(lV_per_m3. 1611e+003 2.9636e+003 2.76608+0032.5684e+0032.3708e+0032.1733e+0031.9757e+0031.
14、77816+3031.5806e+0031.3830e+0031.1854e+0039. 8785e+0027.90286+002.5.92716+002 3.9514e+002 1.9757e+0020.00006+000(Mg(5Mp1M9(S4Perti.P0t2) S4tup1 SWMpI(M9(5PsrH,Pot3|) S4tUp1 SMRMpISpe-tifj-r urnILyCSgi .H-T分支S参数幅度随频率变化H-T 波导表面电场分布图0.750.50-3Wa5oXY Plot 1Teemodal2 證寸Curve Infomag(S(Port2IPort2) Setupl : Sweep2mag(S(Port2IPort3) Setup 1 : Sweep2mag(S(Port2IPort4) Setup 1 : Sweep?9.6o _ 90 _ 00 Freq GHz双T分支模型S参数幅度随频率变化曲线E Field
