实验一 T形波导的场分析实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。实验仪器1 、装有 windows 系统的 PC 一台2、HFSS15.0 或更高版本软件3、截图软件实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。其中，波导的端口1 是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端 口。正对着端口 1 一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个 金属隔片。通过调节隔片的位置可以调节在端口1 传输到端口 2，从 端口 1 传输到端口3 的信号能量大小，以及反射回端口1 的信号能量大小。T 形波导实验步骤1、新建工程设置运行 HFSS 并新建工程：打开 HFSS 软件后，自动创建一个新 工程：Projectl,由主菜单选FileSave as ,保存在指定的文件夹， 命名为Exl_Tee；由主菜单选Project Insert HFSS Design，在工程树 中选择 HFSSModell，点右键，选择 Rename项，将设计命名为 TeeModel。选择求解类型为模式驱动(Driven Model):由主菜单选 HFSSSolution Type ，在弹出对话窗选择 Driven Model 项。设置长度单位为in：由主菜单选3D ModelerUnits，在Set Model Units 对话框中选中 in 项。2、创建 T 形波导模型：创建长方形模型：在 Draw 菜单中，点击 Box 选项，在 Command页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长 方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent (透明度)将 其设为0.8。Material (材料)保持为Vacuum。设置波端口源励：选中长方体平行于yz面、x=2的平面；单击 右键，选择 Assign ExcitationWave port 项，弹出 Wave Port 界面， 输入名称 WavePortl；点击积分线(Integration Line)下的 New line ， 则提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即( 2,0,0)处点左键， 确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,0.4)处，作为端口终点。复制长方体：展开绘图历史树的 ModelVacuumTee节点，右键 点击Tee项，选择EditDuplicateAround Axis,在弹出对话窗的Axis 项选择Z,在Angel项输入90deg,在Total Number项输入2,点 OK,则复制、添加一个长方体，默认名为TEE_1。重复以上步骤， 在Angel项输入-90,则添加第3个长方体，默认名Tee_2.合并长方体：鼠标右键切换到物体选择状态。选中第 1 个长方体, 按下 Ctrl 键的同时选中第 2、 3 个长方体, 由主菜单选 3D ModelerBooleanUnite，则将三个长方体组合在一起，形成了一个T 型接头。创建隔片：绘制长方体：Draw/box命令任意创建一个长方体， 确定位置参数：绘图工程树双击 CreateBox1 在属性对话窗口的 Command 页，在 Position 项输入-0.45in , offset-0.05in , 0in，调整长 方体尺寸；由 T 型接头中减去间隔：在历史树中选择 Tee 项,按下 Ctrl 键 的 同 时 再 选 中 Septum 项 。 由 主 菜 单 选 3D ModelerBooleanSubtract，在弹出对话窗口中，确定Tee在Blank Parts 列，Septum在Tool Parts列（即将间隔从型接头中去掉），点OK完 成。3、分析求解设置：在工程树中，找到 TeeModelAnalysis 节点，点右键 ，选择 Add Solution Setup ，弹出对话窗。在 General 标签页的 Solution 项输入 10，默认单位为 GHz，在 Adaptive Solutions 的 Maximum Number of Passes 项设为 3，其它不变，点击确定。添加扫频设置：在工程树中的 Setup1 项上点右键，选择 AddFrenquency Sweep，在弹出对话窗中选择General项，其它具体设置 默认不变；在Type栏选择Linear Step，定义频率围为：810GHz, 阶长0.05GHz，点OK完成。设计检查：主菜单选HFSSValidation Check,则弹出确认检查窗 口，对设计进行确认。全部完成且没有错误时，点Close结束。4、运行仿真分析：由主菜单选HFSSAnalyze all，对设计的模型进行三维场分析求 解。求解全部完成后，在信息管理区会出现确定信息。5、查看仿真分析计算结果：创建一个 S 参数的矩形曲线图；创建一个电场视图；创建动态演 示场覆盖图 场分析结果0.750.630.500.380.25TeeMdSO FTCurve In fomag(S(FOrt1 FKrt3)Setupl : Sw eeplX Plotmag(S(Rrt1,Port1)Setup1 : Sweep1mag(S(Fbrt1,Fbrt2)Setup1 : Sweep110.138.008.258.508.759.009.259.50Freq GHz图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线9.7510.001、图形化显示S参数计算结果2、查看表面电场分布表面场分布图3、动态演示场分布图oI 3.2D39e-*B3I 3.D5L94-H3B3 I 2.39H0r*fl032 B160lA旳 酣站沖丘屈岡.lBMe：iS0ri I 北西巴钳阳 I 1.7UMQc-B3 !1宾閃E翊阴l.D9Ene-H3D3 .B. 7139C-H3BZ* 3旳张翎02实验总结：实验二T形波导的优化设计实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。 实验仪器1、装有 windows 系统的 PC 一台2、HFSS15.0 或更高版本软件3、截图软件实验原理利用参数扫描分析功能。分析在工作频率为10GHz时，T形波导 3个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offset的变化关系。利用 HFSS的优化设计功能，找出隔片的准确位置，使得在10GHz工作频 点，T形波导商品3的输出功率是端口 2输出功率的两倍。实验步骤1、新建一个优化设计工程；由主菜单选FileOpen,打开第二部分所创建的Ex1_Tee.hfss文件。 由主菜单选FileSave as，保存在自建文件夹，命名为OptimTee.hfss， 删除频率扫描。2、参数扫描分析设置和仿真分析：在工程树中选Optimetrics项上点右键，选择AddParametrie项添 加参数扫描分析项。定义输出变量：添加变量扫描定义：在对话窗的 Sweep Definitions标签页，点击Add,在新弹出窗口中已经默认调节变量为 offset选择Linear step项，变量围设为01,阶长为0.1,单位均为in, 点击Add,则在窗口右侧加入调节变量及其设置。点OK。定义输出变量：在 Calculations 标签页（注：设置页面可以在工 程 树 下 Opimetrics/ParametricSetup1 打 开 ）, 点 击 左下 角 Setup Calculation,则弹出 Add/Edit Calculations 对话窗。点击左下角 Output Variables,弹出 Output Variables 对话框，定义 Power11、Power21、 Power31 变量.运行参数扫描分析：在工程树中的 ParametricSetup1 项上点击右 键，选择Analyze,对参数设置中变量扫描定义的每一个变量进行3D 场分析求解。全部完成后,在信息管理区会出现确定信息。创建S参数与Offset变量的关系曲线图：在工程树的Results项 点右键，选择 Create Modal data Report 项选择 Rectangular Plot，点 OK完成，则弹出对话窗默认选择Trace选项。3、优化设计：添加优化变量：由主菜单选HFSSDesign Properties，在弹出对 话窗选择Optimization项，在offset栏勾选Include项，点击确定完成。添加目标函数：这里的优化目标是端口 3 的输出功率是端口 2的 2倍，目标函数为：Power31-2*Power21=0。优化设置的对话框下在 Goals标签页，点击左下角Setup Calculation选项，弹出Add/Edit Calculation对话框，点击左下角Output vadiables,创建新的一个目标 变量，Name 栏中为：Cost,通过 Insert into Expression 选项在 Expression 栏中写入表达式：Power31-2*Power21。然后点击Add,最后点击右 下方Done。返回到Add/Edit Calculation对话框，点击下方Add Calculation，添加目标变量到 Setup Optimization 对话框 Cost 中。设置优化变量的取值围：选择 Variables 标签页,在 Variable 列 只有 offset 变量,勾选 Override 项,在 starting Value 列输入 0.1 。 Min 中： 0, Max 中： 0.3,offset 变化围在 0 到 0.3in 之间。 运行优化分析：在工程树的 OptimizationSetup1 项上点右键,选择 Analyze，进行优化分析。此过程需要几分钟，可进行下面的实验步 骤。在工程树的OptimizationSetupl项上点右键，选择View Analysis Result，察看优化结果。实验结果1、创建功率分配随变量Offset变化的关系图输出变量随变量Offset变化的关系图分析：从上图所示的图可以看出，当变量 Offset 值逐渐变大时， 即隔片位置向端口2移动时，端口2的输出功率逐渐减小，端口3 的 输出功率逐渐变大；当隔片位置变量Offset超过0.3英寸时，端口 1 的反射明显增大，端口3 的输出功率开始减小。因此，在后面的优化 设计中，可以设置变量Offset优化围的最大值为0.3英寸。同时，在Offset=0.1英寸时，端口 3的输出功率约为0.65，端口 2的输出功率 略大于0.3，此处端口 3 的输出功率约为端口 2 输出功率的两倍。因 此，在优化设计时，可以设置变量Offset的优化初始值为0.1英寸。 另外，变量Offset优化围的最小值可以取0英寸。2、表面电场随变量 Offset 变化Offset=0inOffset=0.3inOffset=0.9inOffset=0.6in优化设计结果1 、优化结果