微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导
波导仿真设计实验报告
一、实验背景与目的随着微波技术、通信技术和雷达技术的发展，波导作为一种重要的微波传输线，其设计优化对于提高微波系统的性能具有重要意义。
本实验旨在通过电磁场仿真软件HFSS，对矩形波导进行仿真设计，分析其传输特性，并对其进行优化，以达到提高传输效率和降低损耗的目的。
二、实验内容与方法1. 实验内容本实验主要包括以下内容：（1）建立矩形波导的几何模型；（2）设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等；（3）进行仿真计算，得到波导的传输特性；（4）分析仿真结果，优化波导设计。
2. 实验方法（1）使用HFSS软件建立矩形波导的几何模型；（2）设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等；（3）选择合适的仿真求解器，进行仿真计算；（4）分析仿真结果，包括传输线特性、损耗、阻抗匹配等；（5）根据仿真结果，对波导设计进行优化。
三、实验步骤1. 建立矩形波导的几何模型使用HFSS软件，根据设计要求，建立矩形波导的几何模型。
首先，设置波导的尺寸参数，包括内径、外径、高度等。
然后，定义波导的介质材料，如空气、介质板等。
2. 设置仿真参数设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等。
例如，设置波导的介质材料为空气，边界条件为完美电导体（PEC）。
3. 进行仿真计算选择合适的仿真求解器，进行仿真计算。
本实验采用时域求解器，设置仿真频率范围为1GHz～20GHz。
4. 分析仿真结果分析仿真结果，包括传输线特性、损耗、阻抗匹配等。
通过分析仿真结果，了解波导的传输特性，并对波导设计进行优化。
5. 优化波导设计根据仿真结果，对波导设计进行优化。
例如，调整波导的尺寸参数、介质材料等，以降低损耗、提高传输效率。
四、实验结果与分析1. 传输特性仿真结果表明，矩形波导在1GHz～20GHz的频率范围内具有良好的传输特性。
在频率较低时，波导的传输损耗较小；在频率较高时，波导的传输损耗较大。
2. 损耗通过分析仿真结果，发现波导的损耗主要由介质损耗和辐射损耗组成。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计【摘要】本文主要介绍了基于HFSS软件的矩形微带天线仿真与设计。
在详细阐述了研究背景、研究目的和研究意义。
接着对HFSS软件进行了介绍，并解释了矩形微带天线的原理。
然后介绍了设计流程和仿真结果分析，分析了天线性能并提出了优化方案。
在总结了研究成果，展望未来研究方向并提出了结论建议。
本文通过HFSS软件对矩形微带天线进行仿真和设计，为提高天线性能提供了重要参考，具有一定的实用价值和研究意义。
【关键词】HFSS、矩形微带天线、仿真、设计、天线性能、优化、原理、设计流程、结果分析、研究成果、展望未来、结论建议、研究背景、研究目的、研究意义1. 引言1.1 研究背景本文旨在通过对HFSS软件介绍、矩形微带天线原理、设计流程、仿真结果分析和天线性能优化等内容的探讨，对基于HFSS矩形微带天线的仿真与设计进行研究，从而提高微带天线的性能和应用效果。
这对于推动无线通信技术的发展，提升通信系统的性能和稳定性具有重要的意义。
1.2 研究目的研究目的是通过基于HFSS矩形微带天线仿真与设计，探索提升天线性能的方法和技术。
具体包括优化天线结构设计，提高频率带宽和增益，降低回波损耗和辐射损耗，以满足不同应用场景下对天线性能的要求。
通过对矩形微带天线原理的深入研究，结合HFSS软件的应用，将为天线设计领域的发展带来重要的参考价值。
通过本研究，旨在为提高通信系统的传输质量和覆盖范围提供有效的技术支持，推动无线通信技术的不断创新和发展。
1.3 研究意义矩形微带天线是一种常见的微波天线结构，具有简单的制作工艺、较宽的工作频带和良好的方向性等优点，因此在通信领域得到广泛应用。
本文基于HFSS软件对矩形微带天线进行仿真与设计，旨在深入研究其性能特点与优化方法，为微波通信系统的设计与优化提供参考。
本研究的意义主要表现在以下几个方面：研究矩形微带天线的仿真与设计可以深入理解其工作原理和特性，为进一步优化性能提供基础。
矩形波导实验
矩形波导实验一．实验目的：1.了解HFSS基本操作，会利用HFSS对波导特性进行仿真。
2.画出电磁场内模式的电磁场分布图。
3.理解并会计算波导中的模式，单模传输，截至频率。
二．实验原理：矩形波导的结构，尺寸a=23mm，b=10mm，内部为真空条件下，在矩形波导内传播的电磁波为TE模。
由截止频率的计算公式由=c/f得，f=c/对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件f>fc的模式才能在波导中传播。
由公式可以看出矩形波导的fc，不仅与波导的尺寸a, b有关，还和模指数m, n 有关。
当a, b一定时，随着f的改变，矩形波导可以处于截止状态。
波导尺寸满足/2<a<2b</2 fc=c/TE10：=2a =46mm fc=6.52GHZTE20=a =23mm fc=13.04GHZTE01=2b=20mm fc=15GHZ波导单模工作频率为a<<2a 2b<工作频率范围为6.52-13GHZ三．实验步骤：1工程设置打开HFSS，出现新的工程窗口（1）设置求解类型Driven Modal（模式激励）（2）设置模型单位毫米（3）保存工程并命名2画波导在屏幕中间模型列表中的Box1为画出的长方体3、设置边界条件（1）选择波导的四个纵向面。
选择多个面（2）将这四个面设置为理想导体边界。
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）建立激励。
5、设置求解频率（1）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup（2）在求解设置窗口中，设置Solution Frequency：13GHz，其它设为默认值6、计算及后处理在菜单栏中点击HFSS>Analyze all在菜单栏中点击HFSS>Fields>Plot Fields>E，画出电场强度的幅度分布。
在project manager窗口中可以演示电场强度幅度随时间变化情况。
微波专业技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导
微波技术与天线实验报告实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导学生班级：学生姓名：学生学号：实验日期：2011年月日一、 实验目的学会HFSS 仿真波导的步骤，画出波导内场分布随时间变化图，理解波的传播与截止概念；计算传播常数并与理论值比较。
二、 实验原理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。
x yz图 1矩形波导1） TE 模，0=z E 。
coscos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2cos sin x mn c z n m x n y E H b a bj k e γπππωμ-= 2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=-2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a bγλπππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k ba b γλπππ-= 其中，c kmn H 是与激励源有关的待定常数。
2） TM 模Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。
注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。
mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即c k （mn TM ）=c k （mn TE ）所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛b n a mc f （mn TM ）=c f （mn TE ）对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ<c λ）的模式才能在波导中传播。
由公式可以看出矩形波导的c f ，c λ不仅与波导的尺寸a, b 有关，还和模指数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，也可以单模传播，甚至也可以处于截止状态。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS (High Frequency Structure Simulator) 是一种用于电磁场仿真的专业软件，可广泛应用于微波、射频和毫米波电路及天线设计领域。
本文将基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计。
1. 矩形微带天线的原理矩形微带天线是一种常用的微带天线结构，其原理是通过在基板上制作一块金属片，再将其与微带馈源相连，形成天线结构。
当微带馈源传输电磁波信号时，金属片将产生共振现象，从而辐射出电磁波信号，实现天线的信号发射与接收功能。
在进行矩形微带天线设计时，需要确定一系列设计参数，包括天线的长度、宽度、基底材料以及微带馈源的位置等。
这些设计参数将直接影响到天线的工作频率、频带宽度、增益以及阻抗匹配等性能指标。
在进行矩形微带天线的仿真时，首先需要在HFSS软件中建立天线的三维模型。
通过设置好天线的设计参数，如长度、宽度、基底材料等，并对微带馈源进行建模。
接着，对天线的工作频率范围进行设置，进行频域分析，并评估天线的频率响应、阻抗匹配、波传输等性能指标。
根据仿真结果对天线设计参数进行优化，以满足设计要求。
通过HFSS仿真，可以获得矩形微带天线的频率响应曲线。
该曲线反映了天线在不同频率下的辐射性能，包括驻波比、增益、辐射模式等。
通过对频率响应曲线的分析，可以确定天线的工作频率范围、频带宽度，并对天线的频率响应进行优化设计。
阻抗匹配是矩形微带天线设计中的重要问题，影响着天线与信号源之间的能量传输效率。
通过HFSS仿真，可以获取天线的输入阻抗参数，并进行阻抗匹配网络设计，以提高天线的能量利用率。
矩形微带天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射功率分布情况。
通过HFSS仿真可以获取天线的辐射模式图，并分析天线的主辐射方向、辐射功率分布等，从而优化天线的辐射性能。
在进行矩形微带天线的仿真与设计过程中，需要不断对天线的设计参数进行调整与优化，以满足天线的性能指标要求。
射频和微波工程实践入门、用HFSS仿真微波传输线和元件
用HFSS仿真微波传输线和元件第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应用领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 工程设置 (10)1.4.2 建立矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜片 (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建立三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存工程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 生成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建工程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (36)1.6.4 比较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建立三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存工程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 生成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47)1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建立三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存工程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 生成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64)1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建立三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存工程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 生成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77)1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建立三维模型 (78)1.11.3 建立波导端口激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存工程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 生成报告 (82)1.11.8 产生场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极子天线的设计 (85)1.12.1 创建工程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显示结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——方形切角圆极化贴片天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建工程和运行环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考文献 (108)第一章用HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。
矩形波导仿真实验报告
矩形波导仿真实验报告一、实验目的本实验旨在通过仿真矩形波导的传输特性，掌握矩形波导的基本原理和设计方法，深入了解电磁场在波导中的传输规律。
二、实验原理1. 矩形波导的基本结构和参数矩形波导是一种常用的微波传输线，其基本结构为由四个金属板构成的空心矩形管道。
其中，上下两个板为宽度为b，高度为h的金属板，左右两个板为长度为L，高度为h的金属板。
其参数包括截止频率fc、特征阻抗Zc等。
2. 矩形波导中电磁场的传输规律在矩形波导中，电磁场沿着z轴方向传播，在x和y方向上则呈驻波分布。
当工作频率小于截止频率fc时，在波导内只能传播TM模式；当工作频率大于截止频率fc时，则只能传播TE模式。
3. 矩形波导仿真软件——HFSSHFSS是一款常用于微波电路仿真分析软件，可以对各种微波元器件进行建模和仿真分析。
在本次实验中，我们将使用HFSS对矩形波导进行仿真分析。
三、实验内容1. 建立矩形波导模型首先，在HFSS软件中建立矩形波导模型。
具体步骤如下：（1）新建工程，选择3D Layout Design。
（2）在布局窗口中绘制矩形波导的截面图。
（3）设置边界条件和材料属性等参数。
2. 分析矩形波导的传输特性接下来，通过对矩形波导进行仿真分析，得到其传输特性曲线。
具体步骤如下：（1）在HFSS软件中选择“Insert”->“Sweep”->“Frequency”，设置频率范围和步进值。
（2）运行仿真分析，并得到S参数曲线。
（3）根据S参数曲线，计算出截止频率fc和特征阻抗Zc等重要参数。
3. 优化矩形波导的设计最后，根据分析结果对矩形波导的设计进行优化。
可以通过改变材料属性、尺寸等参数来调整其传输特性。
四、实验结果与分析通过上述步骤，我们得到了一组典型的仿真结果。
如图所示：从图中可以看出，在截止频率以下，矩形波导的传输特性较好，可以实现较低的插入损耗和反射损耗。
随着频率的增加，传输特性逐渐变差。
因此，在实际应用中，需要根据具体要求进行优化设计。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计引言一、HFSS介绍HFSS（High Frequency Structure Simulator），即高频结构模拟器，是由美国ANSYS 公司开发的一款专业的高频电磁场模拟软件，广泛应用于微波、射频和毫米波领域的电磁场分析与设计。
HFSS具有强大的仿真分析能力和友好的图形界面，在微带天线设计与分析领域有着广泛的应用。
二、矩形微带天线基本结构矩形微带天线通常由辐射片和衬底板两部分组成。
辐射片通常由金属片构成，形状可以是矩形、圆形、方形等，其大小与频率密切相关；衬底板可以采用介电常数较大的材料，如FR-4等。
辐射片与衬底板之间通过馈电位置（如微带线）连接。
在设计矩形微带天线时，需要考虑到辐射片的尺寸、馈电位置、地平板的大小等因素，以确保天线具有良好的频率特性。
三、HFSS仿真流程1. 建立模型：在HFSS软件中，首先需要建立矩形微带天线的三维模型。
通过绘制辐射片和衬底板的几何结构，设置材料参数和频率范围等，建立完整的仿真模型。
2. 设置边界条件：在建立完仿真模型后，需要设置合适的边界条件。
通常情况下，可以选择开放边界（PML）作为边界条件，以消除边界反射对仿真结果的影响。
3. 设置激励：在模型建立完成后，需要设置合适的激励方式。
根据具体的仿真需求，可以选择不同的激励方式，如电压激励、电流激励等。
4. 设定仿真参数：根据设计要求，设置合适的仿真参数，如频率范围、网格精度、求解器等。
这些参数的选择将直接影响仿真结果的准确性和计算速度。
5. 进行仿真计算：当所有仿真参数设置完毕后，即可进行仿真计算。
HFSS软件会根据设定的参数进行电磁场分析与计算，得到相应的仿真结果。
6. 仿真结果分析：根据得到的仿真结果，对矩形微带天线的性能进行分析，并进行必要的优化设计。
通过不断的仿真分析与优化设计，最终得到满足设计要求的微带天线结构。
四、矩形微带天线设计优化1. 辐射片大小优化：辐射片的大小直接影响着微带天线的工作频率。
电磁场与微波技术实验2矩形波导仿真与分析
实验二 矩形波导仿真与分析一、实验目的：1、 熟悉HFSS 软件的使用；2、 掌握导波场分析和求解方法，矩形波导高次模的基本设计方法；3、 利用HFSS 软件进行电磁场分析，掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。
二、预习要求1、 导波原理。
2、 矩形波导模式基本结构，及其基本电磁场分析和理论。
3、 HFSS 软件基本使用方法。
三、实验原理由于矩形波导的四壁都是导体,根据边界条件波导中不可能传输TEM 模,只能传输TE 或TM 模。
这里只分析TE 模(Ez=0)对于TE 模只要解Hz 的波动方程。
即采用分离变量，并带入边界条件解上式，得出TE 模的横向分量的复振幅分别为（1）矩形波导中传输模式的纵向传输特性①截止特性波导中波在传输方向的波数β由式9 给出222000220z z c z H H k H x y ∂∂++=∂∂式7000220002200020002()cos()sin()()sin()cos()()sin()cos()()cos()sin()z x c c z y c c y x H c x y H c H n m n E j j H x y k y k b a b H m m n E j j H x y k x k a a b E m m n H j H x y Z k a a b E n m n H j H x y Z k b a b ωμωμπππωμωμπππβπππβπππ∂⎧==⎪∂⎪⎪∂==-⎪∂⎪⎨⎪=-=⎪⎪⎪==⎪⎩式822222c c k k ππβλλ=-=-式9式中k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。
要使波导中存在导波,则β必须为实数,即k 2＞k 2c 或λ＜λc(f ＞f c ) 式10如果上式不满足,则电磁波不能在波导内传输,称为截止。
故k c 称为截止波数。
矩形波导中TE 10模的截止波长最长,故称它为最低模式,其余模式均称为高次模。
由于TE 10模的截止波长最长且等于2a,用它来传输可以保证单模传输。
HFSS 矩形微带贴片天线的仿真设计报告
HFSS 矩形微带贴片天线的仿真设计报告hfss矩形微带贴片天线的仿真设计报告基于HFSS的矩形微带贴片天线模拟设计实验目的：利用HFSS的模拟能力模拟矩形微带天线内容：矩形微带天线模拟：工作频率7.55ghz天线结构尺寸见表：名称起始点尺寸类型材料SUB00028.1,32，-0.79boxrogers5880（TM）gnd0,0，-0.7928.1,32，-0.05boxpatch 7.0 03,8012.45,16,0.05boxpecmsline10。
13,0，-0.7910。
13,0，-0.79air-5，-5，-5.792.49,8,0.05boxpec2。
49,0,0.89矩形38。
1,42,10.79。
创建、重命名、保存和更改环境设置。
(1) . 在菜单栏文件>>另存为中，输入天线并单击保存。
（2）. 设置激励终端的解决方法：菜单栏HFSS>解决方案类型>驱动终端，点击确定。
（3）设置模型单位：3dmodeler>units，选择mm，然后单击OK。
(4) . 在菜单栏上，工具>>选项>>建模器选项，选中“编辑新PRI的属性”，然后单击确定。
二、建立微带天线模型（1）点击创建gnd,起始点：x:0，y:0，z:-0.79，dx:28.1,dy:32,dz:-0.05将名称修改为GND，将材质属性修改为PEC，(2)介质基片：点击，：x:0，y:0，z:0。
dx:28.1，dy:32，dz:-0.794，修改后的名称为sub，修改后的材质属性为rogersrt/duriod5880，修改后的颜色为绿色和透明度0.4。
点击OK(3)建立天线模型patch，点击，X:7.03，Y:8，Z:0，DX:12.45，Dy:16，DZ:0.05命名为patch，点击ok。
（4）微带线天线模型的建立点击，x:10.13，y:0，z:0，dx:2.46，dy:8，dz:0.05命名为msline，材料pec,透明度0.4选择patch和msline，然后单击modeler>Boolean>unite（5）、建立端口。
基于HFSS软件的矩形波导宽边纵缝谐振导纳的提取研究
中图分类号：TN820.1
文献标识码：A
文章编号：1671-931X （2016） 03-0080-03
80
武 汉
一、裂缝天线概述
职
业
波导裂缝天线是在波导表面开缝产生辐射的一
a
G+jB
技 术
种天线遥 将数根矩形波导并排在一起袁每根波导上都
学
按一定规则开很多缝隙袁 就构成了波导裂缝阵列天
院
线袁这种天线的特点是体积小尧重量轻尧口径分布易
·电 子 与 计 算 机 技 术·
基于 HFSS 软件的矩形波导 宽边纵缝谐振导纳的提取研究
何义奎
（四川航天职业技术学院 电子工程系，四川 成都 610100）
摘 要：分析了矩形波导宽边纵向缝隙的谐振导纳与波导散射参数的关系，谐振导纳曲线的仿真提 取，利用谐振导纳曲线设计裂缝阵列天线。
关键词：裂缝天线；谐振导纳；散射参数
电子与计算机技术
Electronic and Computer Technology
何 义 奎 ： 基 于
软 件 的 矩 形 波 导 宽 边 纵 缝 谐 振 导 纳 的 提 取 研 究
L
L
LP
图 3 12 元线阵仿真模型
y
y
y
y
yin1
yin2
yinN-1
yinN
图 2 多个缝隙等效电路
由传输线理论可得到多缝隙波导第 N 个缝隙处
的归一化导纳的递推公式为
yinN=g渊yin渊N-1冤冤=
yin渊N-1冤+jtg渊茁L冤 1+jyin渊N-1冤tg渊茁L冤
+y
渊1冤
由此袁可得到波导端口处的归一化输入导纳为
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（高频结构模拟软件）是一种专业的电磁场仿真软件，可以用于电磁场分析和天线设计。
在通信领域，天线设计是非常重要的工作，而微带天线是一种常用的天线结构之一。
本文将基于HFSS软件对矩形微带天线进行仿真与设计，以探讨其性能和特点。
矩形微带天线是一种常见的微带天线结构，其结构简单、制作方便，并且在通信系统中有着广泛的应用。
矩形微带天线的主要结构是由金属贴片和衬底组成，金属贴片通常被设计成矩形或正方形，可以直接在PCB（Printed Circuit Board）板上加工制作。
由于其结构简单并且性能良好，所以矩形微带天线备受研究者的关注。
在HFSS软件中进行微带天线的仿真与设计，需要按照以下步骤进行：1. 建立仿真模型：首先需要建立微带天线的三维模型，包括金属贴片和衬底。
在HFSS软件中，可以通过绘制结构、设置材料参数、定义边界条件等步骤来完成模型的建立。
2. 定义仿真参数：在建立好仿真模型后，需要定义仿真的频率范围、激励方式、网格密度等参数，以确保仿真的准确性和有效性。
3. 进行仿真分析：在设置好仿真参数后，可以进行频域分析或时域分析，得到微带天线的S参数、辐射场分布等重要信息，从而评估微带天线的性能。
4. 优化设计：根据仿真结果，可以对微带天线的结构参数进行调整和优化，以获得更好的性能指标，比如增益、带宽、驻波比等。
通过以上步骤，可以在HFSS软件中对矩形微带天线进行全面的仿真与设计，为微带天线的工程应用提供良好的设计基础和技术支持。
接下来，将从两个方面对基于HFSS的矩形微带天线仿真与设计进行详细介绍。
第一、HFSS仿真分析在HFSS软件中对矩形微带天线进行仿真分析，主要是评估其性能指标和辐射特性。
常见的性能指标包括带宽、增益、辐射方向图、驻波比等。
对于微带天线的带宽来说，是一个很重要的性能指标。
带宽的宽窄直接关系到天线的频率覆盖范围，在通信系统中有着重要的应用。
HFSS三腔矩形波导滤波器的仿真经验
以一个三腔矩形波导滤波器的仿真为例，我得到以下仿真经验:1。
当计算出结构尺寸的时候，包括膜片间距和每个腔体的长度，要开始建立3D模型的时候,不必着急,现将这些数据进行一下预处理,腔体长度进行预缩短，最多不要超过0.03，膜片间距进行预加长，最多不要超过0。
07。
这些数字可能打了也可能小了，按你仿真出来的曲线进行细致调节!我主要针对S21曲线的特点进行细致调节。
2。
如果通频带内有较大的波纹（超过最小插入损耗），那么一定要扩大内侧腔（同时缩短了外侧腔，这没有关系，正是需要)，必要时同时减小外侧腔缩小的程度。
3。
大量数据表明：内侧膜间距变小—〉频带右移，通频带左侧波纹变小，右侧变大；外侧膜间距变大—-〉频带左移，通频带左侧波纹变小,右侧变大；以上变化，相对而言,通频带左侧波纹变化特别大。
因此如果通频带有偏移或者通频带左侧波纹太大,可以调整膜片间距，适当的调整并不会导致右侧波纹大过最小插入损耗.4。
如果S11的曲线比较对称美观,说明调整的方向大致是对的，可以继续。
5.如果S21曲线右侧带外抑制不足的时候（一般高端都不容易实现抑制，低端一般从一开始仿真就是对的），可增大外侧膜片间距，减小内侧膜片间距，一般得到的最后结果膜片尺寸是对称的，为方便生产也应尽量使其对称,即在改变间距的时候要对称地改。
此外,刚开始接触滤波器设计仿真的我还在实践中得到几条结论：1。
S11的最大值是由给定的波纹决定的。
2.S11的最大值、S21曲线的平滑程度和右侧带外抑制这三者之间有互相牵制的关系，仿真的时候不可能同时达到比较好的程度，只能尽量让这三者在符合要求的同时更好。
S11的最大值可单侧达到很好,但这样的话另一侧肯定很差.S11也可以整体达到比较理想的程度，但是这时高端抑制必然不足.。
微波技术基础中矩形波导传输特性教学方法研究
68海外文摘OVERSEAS DIGEST 海外文摘2021年第10期总第851期No.10,2021Total of 8511 介绍微波技术基础是电子信息类专业的专业基础课，主要讲授电磁波在各种传输线中的传播特性等知识。
矩形波导是一种很重要、很常用的微波传输线，因此在这门课程里，详细讲述了矩形波导中电磁波的传播方程、电磁波的传播条件以及传播特性参量等知识。
其中的传播特性参量主要有电磁波的频率、工作波长、截止波长、波导波长、相速、群速、特性阻抗以及模式等。
与在自由空间中传播时相比，电磁波在矩形波导中传播时，很多传输特性参量将产生变化，例如波长、相速以及群速等，其中的波长的变化最大，也最基础。
能够形象理解工作波长接近截止波长时电磁波在波导中的传播特性，对理解电磁波在矩形波导中的传输特性有很重要的意义。
传统的微波技术在这一部分的教学中，一般采用原理介绍以及公式推导的方式进行，导致学生对电磁波进入矩形波导后的性能变化没有直观的理解，影响其对此处知识的掌握。
传统的教学方式可以给出电磁波在波导中正常传播时，波导内的电场分布情况，但是没有给出工作在截止波长附近电磁波在波导内的电场分布情况，使学生不能对截止波长有比较形象的理解。
本文利用HFSS 软件辅助，针对工作在矩形波导截止波长附近的电磁波在波导内的传播特性进行建模，给出不同频率情况下电磁波在波导内的电场分布情况，从而使学生对截止模式以及传输模式有比较直观的理解，可以改善学生对矩形波导传输特性的理解程度[1-2]。
2 利用HFSS 软件辅助矩形波导传输特性教学微波技术基础中，电磁波在矩形波导中传播特点的理论基础比较清晰。
以标准的BJ-10波导为例，其宽边和窄边的尺寸为22.86mm×10.16mm。
因此其截止波长为宽边长度的2倍，也即45.72mm，换算成频率为6.56GHz，也即只有频率大于6.6GHz 的电磁波才能在波导中传播；低于此频率，波导处于截止状态，全反射。
HFSS仿真实验报告样例
《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。
二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。
天线各部分结构尺寸的初始值见表1。
图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。
表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。
批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。
三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。
2、创建介质层。
创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。
3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。
2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。
画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。
3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。
4）合并生成完整的金属片模型。
4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。
2）创建矩形面 Rectangle1。
3）创建三角形 polyline2。
4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。
5、设置边界条件1）分配理想导体。
2）设置辐射边界条件，材质设为 air。
6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。
7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。
矩形波导天线的HFSS仿真
1 天线的主要参数时变的电流和被加速的电荷都可以产生辐射，辐射产生的电磁能量能够在空间中传播。
天线能够定向辐射和接收电磁波能量。
天线按照工作性质可以分为发射天线和接收天线；按照用途可以分为通信天线、雷达天线、广播天线和电视天线等；按照波段可以分为长波天线、中波天线和短波天线等。
一般常见的天线结构为线天线、环天线、面天线、喇叭天线、介质天线、微带天线和裂缝天线等。
为了实现特定的工程任务，天线经常也组成天线阵列。
1.1 方向图天线的空间辐射在不同方向是不同的，可以用方向性函数来描述。
根据方向性函数绘制的天线辐射（或接收）场强-振幅-方向三维特性的图形简称为方向图。
工程也常采用两个互相正交主平面上的剖面图来描述天线的方向性，一般为俯视图和水平面方向图。
绘制某一平面的方向图时，可以采用极坐标方式。
方向图一般呈花瓣状，所以也称为波瓣图，其中最大的波瓣称为主瓣，其余的称为副瓣或旁瓣。
方向图主瓣上两个半功率电平点之间的夹角称为主瓣宽度或半功率波束宽度。
电场最大值Emax所在的波瓣称为主瓣。
在Emax的两边，电场下降到最大值时，对应功率为最大方向的一半，这两个辐射方向之间的夹角即为主瓣宽度。
1.2 方向性系数发射天线的方向性系数表征天线辐射的能量在空间分布的集中能力，定义为相同辐射情况下，天线在给定方向的辐射强度与平均辐射强度之比：（1-1）式中，是该天线在方向下某点的场强，是全方向点源天线在同一点产生的场强。
一般情况下关心的均为最大辐射方向的方向系数。
接收天线的方向性系数表征天线从空间接收电磁能量的能力，即在相同来波场强的能量下，天线在某方向接收时向负载输出功率与点源天线在同方向接收是向负载输出功率之比。
发射天线的方向性系数和接收天线的方向性系数虽然在定义上不同，但数值上是一样的。
增益：如果将式（1-1）定义的方向性系数中的辐射功率改为天线的输入功率，即考虑天线本身的能量转换效率，则该定义为增益。
1.3 输入阻抗天线的输入阻抗定义为输入端电压和电流之比。
微波技术实验自编讲义
《微波技术》实验指导书第一章《微波技术实验》教学大纲课程编号：06080703213 课程属性：专业必修课学时：12学时学分：1学分开课学期：第五学期先修课程：高频电路适用专业：通信工程课程简介：《微波技术实验》是一门实践性都很强的专业必修课。
本课程主要是使用ADS、HFSS等设计软件进行微波电路的设计与仿真，使用微波测试仪器进行微波特性参数的测量及微波通信系统的组装、调试。
通过该实验课的基本训炼，使学生初步具备微波实验基本知识，掌握常用微波测试仪器、器件的原理和使用方法，掌握常见微波系统的测量方法和常用微波特性参数的测量，具备初步的处理实验故障的能力。
一、实验项目设置及学时分配二、实验内容及教学要求实验项目1：标量网络分析仪的构成及电压驻波比的测试1、教学内容（1）标量网络分析仪的构成原理。
（2）频谱仪的基本操作。
（3）电压驻波比、回波损耗等概念。
（4）使用标量网络分析仪进行电压驻波比测试方法。
2、教学目标（1）掌握频谱仪校准、信号跟踪源参数的设置过程。
（2）掌握使用标量网络分析仪进行电压驻波比测试方法。
（3）掌握插损校准与端口损耗校准的方法。
实验项目2：微波定向耦合器的原理与测试1、教学内容（1）定向耦合器的每个端口的含义。
（2）耦合度、隔离度的定义。
（3）定向耦合器的分类与基本原理。
（4）耦合度、隔离度、驻波比的测试方法。
2、教学目标（1）掌握耦合度、隔离度的概念。
（2）了解定向耦合器的分类与基本原理。
（3）掌握耦合度、隔离度、驻波比的测试原理。
实验项目3：用ADS软件设计阻抗匹配网络1、教学内容阻抗匹配网络的设计原理。
（1）/4（2）并联单端短路微带线匹配网络的设计原理。
（3）并联单端开路微带线匹配网络的设计原理。
（4）ADS软件的基本操作方法。
（5）使用ADS软件进行阻抗匹配网络设计。
2、教学目标（1）了解ADS的基本操作。
（2）理解阻抗匹配网路的设计原理。
（3）熟练掌握使用ADS设计阻抗匹配网路。
微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导
微波技术与天线实验报告实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导学生班级：学生姓名：学生学号：实验日期：2011年月日一、 实验目的学会HFSS 仿真波导的步骤，画出波导内场分布随时间变化图，理解波的传播与截止概念；计算传播常数并与理论值比较。
二、 实验原理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。
xyz图 1矩形波导1）TE 模，0=z E 。
coscos zz mn m x n y H H e a bγππ-= 2cos sin x mn c z n m x n y E H b a bj k e γπππωμ-=2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a bγωμπππ-=-2sincos z x mn c m m x n y H H e k aa bγλπππ-=2cossin z y mn c n m x n y H H e k ba bγλπππ-=其中，c kmn H 是与激励源有关的待定常数。
2）TM 模Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。
注意：对于mn TM 和mnTE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。
mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即c k （mn TM ）=c k （mn TE ）所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛b n a mc f （mn TM ）=c f （mn TE ）对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ<c λ）的模式才能在波导中传播。
由公式可以看出矩形波导的c f ，c λ不仅与波导的尺寸a, b 有关，还和模指数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，也可以单模传播，甚至也可以处于截止状态。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由安捷伦（Ansys）公司开发的一款高频电磁仿真软件，主要用于分析和设计高频、射频和微波器件。
在无线通信领域中，微带天线是一种常用的天线类型，具有结构简单、制作工艺方便等优点，因此在各种无线通信系统中得到广泛应用。
矩形微带天线是一种常见的微带天线形式，其结构简单，易于制作。
它主要由导线带、底座和贴片构成。
导线带通常是由金属材料制成，贴片是指附在底座上的绝缘材料，贴片的尺寸和形状决定着微带天线的频率特性。
HFSS软件可以通过建立几何模型、定义材料属性和设置边界条件等步骤来对矩形微带天线进行仿真。
需要根据实际要设计的微带天线的尺寸和形状，在软件中建立一个几何模型。
然后，根据天线的材料特性，设置相应的材料属性。
接下来，需要定义天线的边界条件，例如接地平面和边界面的特性等。
然后，软件会自动求解出微带天线的电磁场分布和频率特性。
根据仿真结果，可以优化天线的设计参数，以达到所要求的性能指标。
对于矩形微带天线来说，设计的关键参数主要有频率、带宽、辐射方向图和增益等。
通过HFSS软件的仿真和优化，可以为设计者提供参考和指导，帮助其快速实现设计目标。
可以通过调整天线的尺寸和形状来实现所需的工作频率；通过优化导线带和贴片的尺寸和位置，可以增加微带天线的带宽；通过调整导线带的长度和宽度，可以改变微带天线的辐射方向图和增益。
通过不断调整和优化，最终得到满足需求的微带天线设计。
通过HFSS软件的矩形微带天线仿真与设计，可以准确分析天线的电磁场分布和频率特性，帮助设计者优化天线的尺寸和形状，实现所需的性能指标。
这种仿真与设计方法既提高了天线设计的效率，又降低了开发成本，对于无线通信系统的设计和建设具有重要意义。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计【摘要】本文基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计，通过分析HFSS仿真原理和矩形微带天线设计原理，提出了HFSS仿真与设计流程。
对参数进行优化分析，进行性能评估与实验结果比对。
最后总结了HFSS矩形微带天线的仿真与设计，展望未来研究方向，探讨研究成果的应用前景。
该研究意义重大，可以为微带天线的设计与应用提供重要参考，推动通信领域的发展。
【关键词】矩形微带天线、HFSS仿真、设计、原理、流程、参数优化、性能评估、实验结果、总结、展望、研究成果、应用。
1. 引言1.1 研究背景矩形微带天线是一种常见的微波天线类型，在通信领域有着广泛的应用。
随着通信技术的发展和应用，对天线设计的要求也越来越高。
研究人员对矩形微带天线的性能进行优化和改进，以满足不同应用场景的需求。
在这种背景下，基于HFSS仿真技术的矩形微带天线设计成为了一个热门的研究方向。
HFSS是一种常用的高频电磁场仿真软件，能够较为准确地模拟微波元器件的电磁场分布和特性。
通过HFSS仿真可以快速评估不同设计参数对矩形微带天线性能的影响，为设计优化提供有力支撑。
本研究旨在通过HFSS仿真与设计，对矩形微带天线进行参数优化分析，并对其性能进行评估与实验验证。
通过探究HFSS矩形微带天线的仿真与设计流程，为进一步优化微波天线设计提供参考。
本研究将结合理论分析与实验结果，总结HFSS矩形微带天线的仿真与设计经验，并展望未来对矩形微带天线设计的进一步研究方向。
1.2 研究意义通过对矩形微带天线的仿真与设计研究，可以深入理解天线的工作原理和特性，为设计更加优秀的微带天线提供理论支持。
通过参数优化分析和性能评估，可以提高矩形微带天线的性能，并且在实际工程中实现更好的应用效果。
矩形微带天线的仿真与设计研究也有助于推动天线技术的发展，促进通信技术的进步和应用场景的拓展。
本文研究的矩形微带天线仿真与设计对于推动通信技术和天线技术的发展具有重要的意义，有助于提高微带天线的性能和应用效果，同时也为相关领域的研究和实际应用提供了理论支持和实用价值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导
微波技术与天线实验报
告
实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导
学生班级：
学生姓名：
学生学号：
实验日期：2011年月日
2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a
a b γλπππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b
a b γλπ
ππ-= 其中，c k 22m n a b ππ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
+mn H 是与激励源有关的待定常数。
1） TM 模
Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。
注意：对于mn TM 和
mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。
mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即
c k （mn TM ）=c k （mn TE ）22
m n a b ππ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即
c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222
⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛b n a m
c f （mn TM ）=c f （mn TE ）2με22
m n a b ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+ 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ<c λ）的模式才能在波导中传播。
由公式可以看出矩形波导的c f ，c λ不仅与波导的尺寸a, b 有关，还和模指数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，也可以单模传播，甚至也可以处于截止状态。
以a=23mm ，b=10mm 的空心矩形波导为例，由截止频率的计算公式22)()(21
b
n a m f c +=με，可以计算GHz f cTE 52.610=，GHz f cTE 04.1320=，GHz f cTE 1501=，所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz 。
三、实验步骤
1、工程设置
打开HFSS，出现新的工程窗口（如图2）。
图1 HFSS工程窗口
（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。
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Modeler>Units，出现Set ModelUnits窗口，选择mm，点击OK（如图4）。
图3设置模型单位Set Model Units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、画长方体，材料为真空，名字为wavguide
（1）画长方体
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，输入顶点坐标如图5，按回车键；屏幕右下角出现长方体尺寸信息，输入如图6，按回车键结束画图过程。
图4长方体顶点坐标
图5长方体尺寸设置
在屏幕右侧窗口显示画出的长方体；点击工具，将长方体全部显示在窗
口中（如图7）。
（2）设置长方体属性
在屏幕中间模型列表中的Box1为画出的长方体（如图），双击Box1，出现Propoties:Project1窗口，将Name一栏的value由Box1改为waveguide。
3、设置边界条件
（1）选择波导的四个纵向面。
通过Edit>select>faces,将鼠标设置为选择面的状态（如图2）。
通过按钮（旋转功能）以及ctrl键实现选择多个面，或者通过edit>select>by name（如图3），结合ctrl键选中face10、11、12、9（如图4）。
（2）将这四个面设置为理想导体边界。
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（如图5）。
图2 select faces界面
图3 select by name界面
图4 select face界面
图5 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HFSS>Excitations>Assign>Wave port，或者点击鼠标右键>assign excitation>wave port（如图6）。
（3）另外一个端口面执行同样的操作。
图6 设置wave port界面
5、设置求解频率
（1）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup （2）在求解设置窗口中，设置Solution Frequency：13Ghz，其它设为
默认值
6、计算及后处理
在菜单栏中点击HFSS>Analyze all
9）画场分布图
在菜单栏中点击HFSS>Fields>Plot Fields>E，画出电场强度的幅度分布（如图7）。
在Project Manager窗口中，选择dipole>HFSSDesign1>Field Overlays，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。
图7 波导中电场强度幅度分布
10）观察数据结果
点击HFSS>Results>Solution Data（如图8），在Matrix Data项中可以查看S参数以及传播常数Gamma等参数（如图9）。
图8 查看solution data界面
图9 S参数及Gamma。