HFSS实验报告：功率分配器.docx

xxx班 xxx xxx 功率分配器 一、实验目的 （1）掌握功率分配器的概念、原理和作用 （2）掌握波导的基本原理、传播的主模、截止波长 （3）掌握E面和H面波导分配器的原理 （4）熟练HFSS软件的使用，操作流程（结构建模、参数设置、求解、结果查看） （5）熟悉功率分配器的HFSS设计和分析 技术指标 （1）H面波导功率分配器 （2）频率 f = 8.2-10.5GHz (BJ-100波导） 二、实验原理 1、矩形波导 设矩形波导(rectangular guide)的宽边尺寸为a，窄边尺寸为b，由于此时的导波系统中存在纵向场分量，故不能采用等效电路的分析方法，而采用场分析法。 （1）矩形波导中的场 将波导中的场分解为横向场(transverse field)和纵向场(longitudinal field)的和，即 其中，az为z向单位矢量，t表示横向坐标。 设纵向电场、磁场为 而Eoz和Hoz满足下列方程 其中 将它们满足的麦克斯韦方程在直角坐标系中展开，得波导中各横向电、磁场的表达式为： （2）结论 ①纵向场分量Ez和Hz不能同时为零，否则全部场分量必然全为零，系统将不存在任何场。 ②一般情况下，只要Ez和Hz中有一个不为零即可满足边界条件，这时又可分为二种情形：横电波(TE波)和横磁波(TM波)。 ③kc为矩形波导TM波的截止波数，它与波导寸、传输波型有关，其表达式仍为 ④TM11模是矩形波导TM波的最低次模，其它均为高次模。 ⑤矩形波导内存在许多模式的波，TE波是所有TEmn模式场的总和，而TM波是所有TMmn模式场的总和。 2.波导分支器(waveguide branch circuit) 将微波能量从主波导中分路接出的元件称为波导分支器。 （1）E面型T分支 当微波信号从端口③输入时，平均地分给端口①②，但两端口是等幅反相的；当信号从端口①②反相激励时，则在端口③合成输出最大；而当同相激励端口①②时，端口③将无输出。 （2）H面型T分支 当微波信号从端口③输入时，平均地分给端口①②，这两端口得到是等幅同相的波；当在端口①②同相激励时，则在端口③合成输出最大，而当反相激励时端口③将无输出。 （3）匹配双T或魔T(magic-T circuit) 将E-T分支和H-T分支合并，并在接头内加匹配以消除各路的反射，则构成匹配双T，也称为魔T。它有以下特征: 四个端口完全匹配； 端口①②对称，即有S11=S22； 当端口③输入，端口①②有等幅同相波输出，端口④隔离； 当端口④输入，端口①②有等幅反相波输出，端口③隔离； 当端口①或②输入时，端口③④等分输出而对应端口②或①隔离； 当端口①②同时加入信号，端口③输出两信号相量和的1/2倍，端口④输出两信号差的1/2倍。 三、实验内容 1、设置求解类型 HFSS-Solution type-MODAL+NETWORK 2、设置默认单位长度（英寸） 定义变量 HFSS--design properties—add (该变量用于优化调节槽的位置，初始值为0） 创建波导模型 (绘制一个波导端口，其余旋转复制得到） 绘制波导（box） Draw—BOX—任意画一个，然后修改box参数 5、添加激励选中端口平面，右键-Assign excitation-WAVE PORT设置端口名称为 1（端口1），在Modes选项里，选择Integration lINE-new line指定从下向上的电场方向；至此，完成一个端口的设置 6、复制生成端口2 1）在菜单栏TOOLs-options-HFSS options， 确保图中红色选项被选中，目的是允许在复制实体时将所设置的网格、几何形状、激励一并复制过去，否则只复制了几何形状，激励需要重新设置 选中所绘制的第一个波导TEE1，然后选择duplicate around axis, 弹出的对话框，沿Z轴对称90，复制共2个 合并为一体 按住，CTRL，依次选中3个实体，选中下方UNITE合并， 7、添加隔离片（调节片，调节分配功率比） 初始尺寸：0.45*0.1*0.4 in ，其中位置可调，初始位置变为-0.45in，offset-0.05in, 0 in, 后期通过改变offset，来改变隔离片的位置 8、合并为一体 按住，CTRL，依次选中2个实体，选中下方subtrace合并 求解设置，工程树-analysis-add solution setup，设置扫频范围，工程树-analysis-setup1-add frequency sweep，如下图。 检查所有设置，并求解计算HFSS-VALIDATION CHECK 11、查看结果: 工程树-results- 1）S参数 表面电场分布 选中要显示电场的表面，设置需要显示的场类型 3）表