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肇庆学院12通信2班杨桐烁201224124202实验一T形波导的内场分析和优化设计实验目的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、HFSS13.0或更高版本软件3、截图软件T形波导的内场分析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。实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程、选择求解类型、设置长度单位2、创建T形波导模型：创建长方形模型、设置波端口源励、复制长方体、合并长方体、创建隔片3、分析求解设置：添加求解设置、添加扫频设置、设计检查4、运行仿真分析5、查看仿真分析计算结果内场分析结果1、图形化显示S参数计算结果图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线2、查看表面电场分布表面场分布图3、动态演示场分布图8.008.258.508.759.009.259.509.7510.00Freq[GHz]0.130.250.380.500.630.75Y1TeeModalXYPlot1ANSOFTCurveInfomag(S(Port1,Port1))Setup1:Sweep1mag(S(Port1,Port2))Setup1:Sweep1mag(S(Port1,Port3))Setup1:Sweep1T形波导的优化设计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2、参数扫描分析设置和仿真分析：添加参数扫描分析项、定义输出变量、运行参数扫描分析3、优化设计：添加优化变量、添加目标函数、设置优化变量的取值范围、运行优化分析。实验结果1、创建功率分配随变量Offset变化的关系图0.000.200.400.600.801.00Offset[in]0.000.200.400.600.801.00powerpowerrangewithoffsetHFSSDesign1XYPlot4CurveInfopower11Setup1:LastAdaptiveFreq='10GHz'power21Setup1:LastAdaptiveFreq='10GHz'power31Setup1:LastAdaptiveFreq='10GHz'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优化范围的最大值为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优化范围的最小值可以取0英寸。优化设计结果实验总结通过本次HFSS天线仿真实验，使我更加真实、贴切的了解天线的原理和用途。生活中我们可以见到各种奇形怪状的天线，却不知其意义何在。在这次实验过程中，我不停的操作、翻阅资料、上网查阅文献，对天线仿真设计的各个环节有了一个较为清楚的认识，对天线的各种参数也有了具体的理解，这些东西对以后的相关学习和研究打下了基础。02468101214Evaluation0.000.130.250.370.500.63Cost实验二HFSS仿真对称振子天线实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。2、掌握对称振子天线的设计方法、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、HFSS13.0或更高版本软件3、截图软件实验步骤1、新建一个优化设计工程2、参数扫描分析设置和仿真分析：添加参数扫描分析项、定义输出变量、运行参数扫描分析3、优化设计：添加优化变量、添加目标函数、设置优化变量的取值范围、运行优化分析。实验数据表1对称振子天线三维体模型名称形状顶点(x,y,z)(mm)尺寸(mm)材料arm1圆柱体(0,0,0.5)radius=$r，height=$lPecarm2圆柱体(0,0,-0.5)radius=$r，height=-$lPecairbox长方体(-$lbd/3-$r,-$lbd/3-$r,-$lbd/3-$l)xsize=2*$lbd/3+2*$rysize=2*$lbd/3+2*$rzsize=2*$lbd/3+2*$lvacuum表2对称振子天线二维面模型名称所在面形状顶点(mm)尺寸(mm)边界/源feedxz矩形(-$r,0,-0.5)dx=2*$r,dz=1Lumpedport表3变量表变量名变量初始值（mm）变量值（mm）$lbd100$l2525(50,75,100)$r11(2,3,4)实验步骤1、新建一个优化设计工程2、参数扫描分析设置和仿真分析：添加参数扫描分析项、定义输出变量、运行参数扫描分析3、优化设计：添加优化变量、添加目标函数、设置优化变量的取值范围、运行优化分析。实验步骤1.打开HFSS，新建工程，将工程保存为dipole。2设置求解类型。3设置单位。4画对称振子的一支臂，形状为圆柱体，命名为arm1，材料设置为理想导体，半径设置为变量$r，臂长设置为变量$l。5画馈电模型，形状为zx面上的矩形，命名为feed，设置为lumpedport激励方式。6画辐射箱，命名为airbox，形状为长方体，材料为真空，边界条件为radiation。7设置求解频率3GHz，扫频1-5GHz。8检查及运行计算9画电流分布10画S参数曲线11画阻抗曲线12画方向图13扫描变量$l实验结果图airbox及天线图振子上电流幅度分布图|S11|曲线图24阻抗曲线。图29二分之一波长对称振子三维增益图图二分之一波长对称振子E面方向图图S参数随$r变化曲线图36$r=2mm，S参数随$l变化曲线图39扫描变量$l得到的方向图实验三HFSS微带天线仿真设计实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。2、掌握微带天线仿真设计原理和方法。实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、HFSS13.0或更高版本软件3、截图软件实验原理微带天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中的不连续处就会产生电磁辐射。例如微带电路的开路端，结构尺寸的突变、折弯等不连续处也会产生电磁辐射（泄漏）。当频率较低时，这些部分的电尺寸很小，因此电磁泄漏小；但随着频率的增高，电尺寸增大，泄漏就大。再经过特殊设计，即放大尺寸做成贴片状，并使其工作在谐振状态。辐射就明显增强，辐射效率就大大提高，而成为有效的天线。实验步骤1、创建微带天线模型：设置默认的长度单位、建模相关选项设置、添加和定义设计变量、创建介质基片、创建辐射贴片、创建参考地、创建同轴馈线的内芯、创建信号传输端口面2、设置边界条件和激励：设置边界条件、设置辐射边界条件、设置端口激励3、求解设置：求解频率和网格剖分设置、扫频设置4、设计检查和运行仿真分析：设计检查、运行仿真分析5、参数扫描分析：添加参数扫描分析项、运行参数扫描分析、查看分析结果6、查看仿真分析结果实验结果1、查看天线回波损耗分析：从图中可以看出设计的微带天线谐振频率在2.45GHz附近，且在2.45GHz频点上的回波损耗值为20.7dB左右。2、分析谐振频率随辐射贴片长度L0的变化关系分析：从图中可以看出，随着长度L0值的增加，天线的谐振频率逐渐降低。当L0=27.5mm时，谐振频率为2.44GHz；当L0=28mm时，谐振频率为2.48GHz；所以2.45GHz谐振频率对应的L0长度介于27.5mm~28.mm。3、分析谐振频率随辐射贴片长度W0的变化关系1.501.752.002.252.502.753.003.253.50Freq[GHz]-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00dB(S(1,1))HFSSDesign1XYPlot1ANSOFTCurveInfodB(S(1,1))Setup1:Sweep1.501.752.002.252.502.753.003.253.50Freq[GHz]-35.00-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00dB(S(1,1))HFSSDesign1XYPlot2ANSOFTCurveInfodB(S(1,1))Setup1:SweepL0='26mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='26.5mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='27mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='27.5mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28.5mm'分析：从上图所示分析结果可以看出，辐射贴片宽度W0由30mm变化到40mm时，天线的谐振频率变化很小，即天线的谐振频率不随辐射贴片宽度变化而变化。实验总结通过本次HFSS天线仿真实验，使我更加真实、贴切的了解天线的原理和用途。生活中我们可以见到各种奇形怪状的天线，却不知其意义何在。在这次实验过程中，我不停的操作、翻阅资料、上网查阅文献，对天线仿真设计的各个环节有了一个较为清楚的认识，对天线的各种参数也有了具体的理解，这些东西对以后的相关学习和研究打下了基础。1.501.752.002.252.502.753.003.253.50Freq[GHz]-40.00-35.00-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00dB(S(1,1))HFSSDesign1XYPlot3ANSOFTCurveInfodB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'W0='30mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'W0='32mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'W0='34mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'W0='36mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'W0='37.26mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'W0='38mm'dB(S(1,1))Setup1:SweepL0='28mm'W0='40mm'实验四半波偶极子天线仿真实验报告实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉日HFSS软件的使用方法2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、HFSS15.03、截图软件实验原理首先明白一点:半波偶极子天线就是对称阵子天线。2,对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为。，长度为I。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=21。对称振子的长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。3,在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1