1、1实验 3：利用 HFSS 仿真分析矩形波导一、 实验原理矩形波导的结构（如图 1） ，尺寸 ab, ab，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， 。0zEcoszzmnxnyHeab2sixnc zjk2icozymncjxnyEeab2siszxncHk2oizymncxyebab其中， = 而 是与激励源有关的待定常数。ckanH2） TM 模=0，由 的边界条件同样可得无穷多个 TM 模。注意：对于 和ZHZE mnTM2模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。mTE和 模具有相同的截止波数计算公式，即Mmn（ ）= （ ） =
2、ckckmnTE2nab所以，它们的截止波长 和截止频率 的计算公式也是一样的，即cf（ ）= （ ）=cmnTMcmnT2bna（ ） = （ ）=cfmncfmnE12对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（ 或 Solution Type，出现 Solution Type 窗口，选择 Driven Modal（如图 2） ，点击 OK。图 2 设置求解类型 Solution Type 窗口（2） 设置模型单位毫米在菜单栏中点击 ModelerUnits，出现 Set ModelUnits 窗口，选择 mm，点击 OK（如图 3） 。5图 3 设置模型单位 Set Model Unit
3、s 窗口（3） 保存工程命名为 waveguide点击工具栏中的 ，将工程名字设为 waveguide。2、画波导点击工具栏中的 （Draw box）画矩形波导的长方体模型，在屏幕右下角出现长方体顶点信息，输入顶点坐标（0，0，0） ，按回车键；屏幕右下角出现长方体尺寸信息，输入（23，10，50） （如图 4） ，按回车键结束画图过程。图 4 画长方体顶点坐标与尺寸设置在屏幕中间模型列表中的 Box1 为画出的长方体（如图 5） ，双击Box1，出现 Propoties:Project1 窗口，将 Name 一栏的 value 由 Box1 改为waveguide（如图 6） 。图 56图
4、6 3、设置边界条件（1）选择波导的四个纵向面。通过 Editselectfaces,将鼠标设置为选择面的状态（如 图 7） 。图 7 select faces 界面通过按钮 （旋转功能）以及 ctrl 键实现选择多个面，或者通过editselectby name（如图 8） ，结合 ctrl 键选中 face10、11、12、9（如图9） 。7图 8 select by name 界面图 9 select face 界面（2）将这四个面设置为理想导体边界。可以通过点击 HFSSBoundariesAssign Perfect E 实现，或者点击鼠标右键Assign Boundary Perf
5、ect E（如图 10） 。8图 10 设置 Perfect E 边界条件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） 。（2）点击 HFSSExcitationsAssignWave port，或者点击鼠标右键assign excitationwave port（如图 11） 。（3）另外一个端口面执行同样的操作。图 11 设置 wave port 界面95、设置求解频率（1）在菜单栏中点击 HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup（2）在求解设置窗口中，设置 Solution Frequency：13GHz，其它设为默
6、认值6、计算及后处理在菜单栏中点击 HFSSAnalyze all在菜单栏中点击 HFSSFieldsPlot FieldsE，画出电场强度的幅度分布（如图 12） 。在 Project Manager 窗口中，选择 dipoleHFSSDesign1Field Overlays，点击鼠标右键AnimateOK，可以演示电场强度幅度随着时间变化情况，观察理解电磁波从端口 1 向端口 2 传播的过程。图 12 波导中电场强度幅度分布点击 HFSSResultsSolution Data（如图 13） ，在 Matrix Data 项中可以查看S 参数以及传播常数 Gamma 等参数（如图 14） 。10图 13 查看 solution data 界面图 14 S 参数及 Gamma
