HFSS波导仿真 实验
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W Re(P) n dS 。 S
详细的计算方式见下页。
第三十二页，共33页。
谢谢
第三十三页，共33页。
第八页，共33页。
矩形波导TE10模的电磁场分布
TE10 模， Ez 0 。
Hz
H10
cos x e z
a
Ey
j
kc2
a
H10
sin
x
a
e
z
Hx
kc2
a
H10
sin
x
a
e
z
Ex Ez H y 0
其中，kc10
a
，
j
，而
k2
k2 c10
k2 ( / a)2 ，H10 是与激励源
有关的待定常数。
HFSS波导仿真 实验
第一页，共33页。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
实验目的
• 了解HFSS仿真的基本原理、操作步骤 • 会利用HFSS对金属波导的导波特性进行仿真
• 画出波导内模式的电磁场分布，
• 理解波导中的模式、单模传输、色散与截止频率
第二页，共33页。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
新建工程
设置求解类型
设计模型
设置材料类型
设置边界条件
设置端口激励
求解设置： 求解频率，扫频设置
剖分细化网格
否
是
扫频分析
求解
结果是否收敛 是
是否需要扫频
否
数据后处理：
查看参数，场分布等
第六页，共33页。
计算结果，项目的后处理
HFSS界面
第七页，共33页。
矩形波导示意图
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。
第二十六页，共33页。
HFSS设计流程
传输曲线
第二十七页，共33页。
HFSS设计流程
2）色散曲线 在工程管理窗口中右键选择 Result，前面的操作与前面相同完成，后只是此时不再选 择 S Parameter，而是选择 Gamar，并在 Function 中选择 im，即取 Gamar 的虚部，完成后 点击 New Report。 色散曲线如右下图所示。
HFSS设计流程
4、激励源 wave port 设置 1）选中波导的一个端口面（垂直于 z 轴的平面）。 2）点击 HFSS>Excitations>Assign>Wave port，或者点击鼠标右键>assign
excitation>wave port（如图 12）。 3）另外一个端口面执行同样的操作。
第二十四页，共33页。
HFSS设计流程
扫频设置
第二十五页，共33页。
HFSS设计流程
6、计算及后处理 在菜单栏中点击 HFSS>Analyze all 1）TE10 模的单模传输特性 在工程管理窗口中右击 Result，剩余操作如下图，在弹出的窗口中选择 S Perameter，
然后选择 S(prot_2,port_1)，即 S21，完成后点击 New Report。
图14 波导中的磁场分布
第三十一页，共33页。
图15 波导的面电流分布
HFSS设计流程
4）计算通过波导横截面的功率 在计算前需要在波导中定义一个面，点击工具栏中的 (Draw rectangle)，输入坐标， 下图的坐标表示在波导中作 z=20 的面（面的法向量与坡印亭矢量要平行），完成后，在 菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>Calculator，打开场计算器，计算原理为：
第三页，共33ห้องสมุดไป่ตู้。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
实验时间安排 电子1201、1205: 周五（11月7日）晚上7:00-9:00； 电子1202、1203: 周日（11月9日）晚上7:00-9:00 ；
电子1204、1206: 周一（11月10日）晚上7:00-9:00 ；
实验地点
南5楼一楼大学生公共项目实验室
第九页，共33页。
矩形波导中模式的截止和传播规律
对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（ f > fc 或 < c ）的模式才能 在波导中传播。由公式可以看出矩形波导的 fc ， c 不仅与波导的尺寸 a，b 有关，还
和模数 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
第十页，共33页。
HFSS设计流程
窗口 第十图一页2，H共F3S3页S。
HFSS设计流程
1）设置求解类型Driven Modal（模式激励）。
在菜单中点击HFSS>Solution Type，出现Solution Type窗口，选择Driven Modal（如图3），点击OK(窗口的界面会因HFSS版本号的不同而有所差异)。
以单模传播，甚至也可以处于截止状态。
以
a=22.86mm，b=10.16mm
的空心矩形波导为例，由
fc
2
1
(m)2 (n)2 ， ab
可以计算 fcTE10 6.56GHz ， fcTE20 13.12GHz ， fcTE01 14.76GHz ，所以波导单
模工作的频率范围为 6.56-13.12GHz。
第二十八页，共33页。
HFSS设计流程
3）画场分布图 选中矩形波导，在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>E(M 为磁场，J 为电流)，画 出电场强度的幅度分布（如图 13）。 在 Project Manager 窗口中，选择 Field Overlays，然后点击鼠标右键>Animate>OK， 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。
第二十二页，共33页。
HFSS设计流程
图12 设置wave port界面
第二十三页，共33页。
HFSS设计流程
5、设置求解频率 1）在菜单栏中点击 HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。或在 project manager 中右键 Analysis
设置。 2）在求解设置窗口中，设置 Solution Frequency：13GHz，其它设为默认值 3）在菜单栏中点击 HFSS>Analysis Setup>Add Frequency Sweep，扫频设置如下页图
图3 设置求解类型Solution Type窗口
第十二页，共33页。
HFSS设计流程
图4 设置模型单位Set Model Units窗口
第十三页，共33页。
HFSS设计流程
第十四页，共33页。
HFSS设计流程
第十五页，共33页。
HFSS设计流程
图7
第十六页，共33页。
HFSS设计流程
第十七页，共33页。
HFSS设计流程
图8 select faces界面
第十八页，共33页。
HFSS设计流程
图9 select by name界面
第十九页，共33页。
HFSS设计流程
图10 select face界面
第二十页，共33页。
HFSS设计流程
图11 Perfect E边界条件设置 第二十一页，共33页。
第二十九页，共33页。
HFSS设计流程
图13 波导中的电场分布
第三十页，共33页。
HFSS设计流程
画磁场的分布方法同上，只是在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>M，若是画电流则先
选中物体某个面或某些面，然后在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>J，过程与画电场分布类 似。
第四页，共33页。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
实验要求 1、独立、认真上机操作。 2、详细记录实验过程。 3、能对实验结果进行简单、定性分析
4、12月5日前提交实验报告。（格式见参考模板）
第五页，共33页。
HFSS的设计与求解
场方程，波方程的求解过程
对 象 建 模、 建 立 波 动 方 程 及 边 界 条 件
实验内容（2选1）
1.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。提示：
圆波导主模为
TE11，
fc11
kc
2
p '11
2 a
, a为半径，p '11 =1.841
2.横截面为任意形状的波导（矩形波导与圆波导 除外）仿真分析，要求同上。
详细的计算方式见下页。
第三十二页，共33页。
谢谢
第三十三页，共33页。
第八页，共33页。
矩形波导TE10模的电磁场分布
TE10 模， Ez 0 。
Hz
H10
cos x e z
a
Ey
j
kc2
a
H10
sin
x
a
e
z
Hx
kc2
a
H10
sin
x
a
e
z
Ex Ez H y 0
其中，kc10
a
，
j
，而
k2
k2 c10
k2 ( / a)2 ，H10 是与激励源
有关的待定常数。
HFSS波导仿真 实验
第一页，共33页。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
实验目的
• 了解HFSS仿真的基本原理、操作步骤 • 会利用HFSS对金属波导的导波特性进行仿真
• 画出波导内模式的电磁场分布，
• 理解波导中的模式、单模传输、色散与截止频率
第二页，共33页。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
新建工程
设置求解类型
设计模型
设置材料类型
设置边界条件
设置端口激励
求解设置： 求解频率，扫频设置
剖分细化网格
否
是
扫频分析
求解
结果是否收敛 是
是否需要扫频
否
数据后处理：
查看参数，场分布等
第六页，共33页。
计算结果，项目的后处理
HFSS界面
第七页，共33页。
矩形波导示意图
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。
第二十六页，共33页。
HFSS设计流程
传输曲线
第二十七页，共33页。
HFSS设计流程
2）色散曲线 在工程管理窗口中右键选择 Result，前面的操作与前面相同完成，后只是此时不再选 择 S Parameter，而是选择 Gamar，并在 Function 中选择 im，即取 Gamar 的虚部，完成后 点击 New Report。 色散曲线如右下图所示。
HFSS设计流程
4、激励源 wave port 设置 1）选中波导的一个端口面（垂直于 z 轴的平面）。 2）点击 HFSS>Excitations>Assign>Wave port，或者点击鼠标右键>assign
excitation>wave port（如图 12）。 3）另外一个端口面执行同样的操作。
第二十四页，共33页。
HFSS设计流程
扫频设置
第二十五页，共33页。
HFSS设计流程
6、计算及后处理 在菜单栏中点击 HFSS>Analyze all 1）TE10 模的单模传输特性 在工程管理窗口中右击 Result，剩余操作如下图，在弹出的窗口中选择 S Perameter，
然后选择 S(prot_2,port_1)，即 S21，完成后点击 New Report。
图14 波导中的磁场分布
第三十一页，共33页。
图15 波导的面电流分布
HFSS设计流程
4）计算通过波导横截面的功率 在计算前需要在波导中定义一个面，点击工具栏中的 (Draw rectangle)，输入坐标， 下图的坐标表示在波导中作 z=20 的面（面的法向量与坡印亭矢量要平行），完成后，在 菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>Calculator，打开场计算器，计算原理为：
第三页，共33ห้องสมุดไป่ตู้。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
实验时间安排 电子1201、1205: 周五（11月7日）晚上7:00-9:00； 电子1202、1203: 周日（11月9日）晚上7:00-9:00 ；
电子1204、1206: 周一（11月10日）晚上7:00-9:00 ；
实验地点
南5楼一楼大学生公共项目实验室
第九页，共33页。
矩形波导中模式的截止和传播规律
对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（ f > fc 或 < c ）的模式才能 在波导中传播。由公式可以看出矩形波导的 fc ， c 不仅与波导的尺寸 a，b 有关，还
和模数 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
第十页，共33页。
HFSS设计流程
窗口 第十图一页2，H共F3S3页S。
HFSS设计流程
1）设置求解类型Driven Modal（模式激励）。
在菜单中点击HFSS>Solution Type，出现Solution Type窗口，选择Driven Modal（如图3），点击OK(窗口的界面会因HFSS版本号的不同而有所差异)。
以单模传播，甚至也可以处于截止状态。
以
a=22.86mm，b=10.16mm
的空心矩形波导为例，由
fc
2
1
(m)2 (n)2 ， ab
可以计算 fcTE10 6.56GHz ， fcTE20 13.12GHz ， fcTE01 14.76GHz ，所以波导单
模工作的频率范围为 6.56-13.12GHz。
第二十八页，共33页。
HFSS设计流程
3）画场分布图 选中矩形波导，在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>E(M 为磁场，J 为电流)，画 出电场强度的幅度分布（如图 13）。 在 Project Manager 窗口中，选择 Field Overlays，然后点击鼠标右键>Animate>OK， 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。
第二十二页，共33页。
HFSS设计流程
图12 设置wave port界面
第二十三页，共33页。
HFSS设计流程
5、设置求解频率 1）在菜单栏中点击 HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。或在 project manager 中右键 Analysis
设置。 2）在求解设置窗口中，设置 Solution Frequency：13GHz，其它设为默认值 3）在菜单栏中点击 HFSS>Analysis Setup>Add Frequency Sweep，扫频设置如下页图
图3 设置求解类型Solution Type窗口
第十二页，共33页。
HFSS设计流程
图4 设置模型单位Set Model Units窗口
第十三页，共33页。
HFSS设计流程
第十四页，共33页。
HFSS设计流程
第十五页，共33页。
HFSS设计流程
图7
第十六页，共33页。
HFSS设计流程
第十七页，共33页。
HFSS设计流程
图8 select faces界面
第十八页，共33页。
HFSS设计流程
图9 select by name界面
第十九页，共33页。
HFSS设计流程
图10 select face界面
第二十页，共33页。
HFSS设计流程
图11 Perfect E边界条件设置 第二十一页，共33页。
第二十九页，共33页。
HFSS设计流程
图13 波导中的电场分布
第三十页，共33页。
HFSS设计流程
画磁场的分布方法同上，只是在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>M，若是画电流则先
选中物体某个面或某些面，然后在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>J，过程与画电场分布类 似。
第四页，共33页。
基于HFSS的金属波导电磁特性仿真实验
实验要求 1、独立、认真上机操作。 2、详细记录实验过程。 3、能对实验结果进行简单、定性分析
4、12月5日前提交实验报告。（格式见参考模板）
第五页，共33页。
HFSS的设计与求解
场方程，波方程的求解过程
对 象 建 模、 建 立 波 动 方 程 及 边 界 条 件
实验内容（2选1）
1.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。提示：
圆波导主模为
TE11，
fc11
kc
2
p '11
2 a
, a为半径，p '11 =1.841
2.横截面为任意形状的波导（矩形波导与圆波导 除外）仿真分析，要求同上。