T波导

T形波导的内场分析和优化设计
《电磁场与微波技术》三级项目
项目研究内容
• 内场分析 • 优化设计
内场分析步骤
新建工程设置
• 运行HFSS新建工程
– 创建新工程命名为Design1
• 选择求解类型
– 主菜单选择HFSS——Solution Type——Driven Modal
• 设置长度单位
– 主菜单选择Modeler——Units——Set Model Units——Select units下选英寸（in）为单位
– Box画长方体 – 属性对话框的Command选项卡界面Position输入-0.45in，Offset0.05in，0in——回车后弹出Offset初始值，Value输入0in – Xsize、Ysize和Zsize输入0.45、0.1、0.4
内场分析步骤
分析求解设置
• 添加求解设置.
– Project Manager中展开建立的设计，选中Analysis右键打开求解 设置对话框中SolutionFrequency输入10GHz，其他默认，确定结 束。
• 运行优化分析
– OptimizationSetup1——Analyze，运行优化分析

优化分析
查看优化结果
查看每次迭代计算的变量值和目标函数值的 步骤如下： • 右键单击工程树OptimizationSetup1。 • 弹出菜单选View Analysis Result。 • 打开Post Analysis Display单击Table— —列表形式显示优化计算的迭代次数、变 量值和目标函数值。 • 优化分析完成后列表列出变量Offset优化 后最佳值，本例Offset=0.96英寸。
优化分析
参数扫描分析设置和仿真分析
• 添加参数扫描分析项
– 右键工程树Optimetrics——Add—— Parametric打开Setup Sweep Analysis对话 框——Add按钮——Add/Edit Sweep对话框； – Variable选择Offset；扫描方式选择 LinearStep；Start、Stop和Step项分别输入0、 1、0.1（in）——单击Add按钮； – 单击OK按钮，关闭Add/Edit Sweep对话框。
• 动态演示场分布图
– 工程树的Mag_E1右键选择Animate，各项设置默认—— 确认
• 保存设计完成内场分析工作
优化分析
1、建立优化设计工程
• 主菜单选择File——Open，打开工程文件 Tee.hfss； • File——Save As，另存为OptimTee.hfss。 • （下面要在10GHz频点上进行参数扫描分析 和优化设计，需要删除原添加扫频设置项） 展开工程树下的Analysis——Setup1—— Sweep1，单击工具栏删除按钮，删除了扫 频设置。
• 设置波端口激励
– 右键Select Faces选择面操作，单击选中长方体x=2处平行于yz表 面的面——右键选择Assign Excitation——Wave Port打开波端 口对话框，Name项命名——下一步——Integration Line下方 None选择下拉列表 New Line选项设置积分校准线——模型窗口鼠 标置于选中表面下边中间，光标变为三角形，单击左键确定积分 线起点，再次移动鼠标到上边中间变三角形，单击鼠标确定积分 线终点——Integration Line下拉变为Defined。
– 主菜单 Tools——Options——Modeler Options确认Clonetool objects before unite没有选中 – 模型窗口右键选择体操作，单击选择第一个长方体，Ctrl键选中 第二、三个长方体——主菜单3DModeler ——Boolean——Unite
• 创建隔片
– 右键单击工程管理窗口工程树下Results——Creat Modal Solution Data Report——Rectangular Plot，打开结果报告设 置对话框。 – 对话框左侧Solution选Setup1：Sweep1，Domain选Sweep – 对话框右侧，X选Freq，Category选S Parameter，Quantity栏按 下Ctrl键同时选择S(Port1,Port1)、S(Port1,Port2)、 S(Port1,Port3)；Function栏选mag，其他设置不变。 – 单击New Report——Close – 绘制生成的结果显示报告名称会自动添加到工程树的Results节点 下，默认名称为XYPlot1.
• 设计检查
– 主菜单HFSS——Validation Check——Close结束
内场分析步骤
运行仿真分析
• 主菜单HFSS——Analyze All——单击工具 栏！按钮，运行仿真分析 • 仿真分析过程中，工作界面右下方的进度 窗口会显示仿真分析完成信息。
内场分析步骤
查看分析计算结果
• 图形化显示S参数计算结果
创建功率分配随变量Offset变化的关系图 • 右键工程树中Results——Create Modal Solution Data Report——Rectangular Plot， 打开报告设置对话框。 • 对话框中，X选Offset；Category选 OutputVariables，Quantity栏通过按住Ctrl键同 时选择Power11、Power21和Power31三项； Function选择none。 • NewReport按钮给出输出变量Power11、Power21和 Power31与变量Offset的关系曲线报告。
• 添加扫频设置
– Project Manager窗口——Analysis右键添加Setup1求解设置项— —Add Frequency Sweep… ——Edit Sweep对话框Sweep Name输入Sweep1；Sweep Type选择 Interpolating；Frequency Setup项中Type 设置LinearSetup， Start设置8GHz，Stop设置10GHz，Step Size设置0.01GHz——其 他设置不变，OK
优化分析
保存退出HFSS
• 单击工具栏存储按钮保存设计 • 主菜单选File——Exit，退出HFSS
• 复制长方体
– 主菜单 Tools——Options—HFSS Options选择General选项卡， 选中Duplicate boundaries with geometry——确定 – 操作历史树单击选择长方体名称节点——主菜单Edit—— Duplicate——Around Axis
• 合并长方体
优化分析
• 设置优化变量的取值范围
– Variables选项卡——Override列勾选对应Offset 对应复选框——Starting Value输入0.1——勾选 Include复选框，Min和Max输入0和0.3。
• 添加优化设置
– 自动添加优化设置到工程树Optimetrics，默认 名称OptimizationSetup1
• 添加目标函数Cost Function
– 设置目标函数为Power31-2*Power21=0。 – Goals——Setup Calculations——Add Calculation——Done， 添加了新栏 – Calculation列输入目标函数表达式，回车确认 – Condition选择“=”；Goal输入0，Weight输入1；Acceptable输 入0.001，表示目标函数小于或等于设定的0.0001，达到优化目标， 停止优化。Noise保持默认0.0001不变。
优化分析
• 定义输出变量
– Power11、Power21和Power31代表端口1、2、3的输入/输 出功率。 – Setup Sweep Analysis对话框——Calculations ——Setup Calculations——打开Add/Edit Calculation， 保持默认设置——打开OutputVariables定义和添加输出 变量 – Output Variables——Name文本框中输入Power11， Category栏下拉列表中选择SParameter——Quantity选择 S（Port1，Port1）——Functgion选择mag——单击 InsetInto Expression – Expression文本框中添加了mag（S（Port1，Port1））表 达式，末尾输入乘号“*”，单击InsetInto Expression – 单击Add，添加了输出变量Power11。
内场分析步骤
创建T形波导模型
• 创建长方体模型
– Tools——Options——Modeler Options打开3D对话框，选择 Drawing，选中Edit properties of new primitives复选框—— 确定。 – 主菜单Draw——Box，移动鼠标到工资界面右下角状态栏输入坐 标起点为（0，-0.45,0）回车确认——dx,dy,dz分别为2,0.9,0.4 回车确认——弹出属性对话框——Attribute选项卡，对长方体命 名，Material为Vacuum真空，Transparent数值条滑动设置值。
• 运行参数扫描分析
– 单击工具栏“设计检查”按钮，无误后运行仿 真计算； – 右键Optimetrics——ParametricSetup1—— Analyze命令运行参数扫描分析——工作界面右 下角的进程窗口显示分析速度，完成分析后会 消失，在信息管理窗口显示完成提示信息。
优化分析
查看参数扫描分析结果
优化分析
优化设计
要求：添加优化设计项，找出隔片位置，满足P3=2P2。 • 添加优化变量
– 主菜单HFSS——Design Properties——Optimization按钮选中— —Offset栏勾选Include项——确定。
• 打开优化设置对话框
– 右键工程树Optimetrics节点——Add——Optimization打开优化 设置对话框——Goals选项卡界面——优化器Optimizer选择Quasi Newton，Max.No.偶发Interations栏默认1000不变。
内场分析步骤
• 查看表面电场分布
– 双击工程树下的设计名称TeeModal，返回三维模型窗 口——三维窗口右键选择Select Faces，进入面选择 状态——选中T形波导模型上表面 – 右键单击工程树下Field Overlays——Plot Fields— —E——Mag_E,打开CreateFiledPlot对话框，默认设 置不变——Done