射頻與微波工程實(shí)踐入門-第章 用hfss仿真微波傳輸線和元件

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1、第一章用HFSS仿真微波傳輸線和元件01.1AnsoftHFSS概述01.1.1HFSS簡介01.1.2HFSS的應(yīng)用領(lǐng)域11.2HFSS軟件的求解原理11.3HFSS的基本操作介紹31.3.1HFSS的操作界面和菜單功能介紹31.3.2HFSS仿真分析基本步驟41.3.3HFSS的建模操作51.4HFSS設(shè)計實(shí)例1——矩形波導(dǎo)的設(shè)計101.4.1工程設(shè)置101.4.2建立矩形波導(dǎo)模型111.4.3設(shè)置邊界條件121.4.4設(shè)置激勵源waveport141.4.5設(shè)置求解頻率151.4.6計算及后處理151.4.7添加電抗膜片

2、171.5HFSS設(shè)計實(shí)例2——E-T型波導(dǎo)的設(shè)計231.5.1初始設(shè)置231.5.2建立三維模型241.5.3分析設(shè)置271.5.4保存工程271.5.5分析271.5.6生成報告281.6HFSS設(shè)計實(shí)例3——H-T型波導(dǎo)的設(shè)計311.6.1創(chuàng)建工程311.6.2創(chuàng)建模型321.6.3仿真求解設(shè)置361.6.4比較結(jié)果371.7HFSS設(shè)計實(shí)例4——雙T型波導(dǎo)的設(shè)計391.7.1初始設(shè)置391.7.2建立三維模型401.7.3分析設(shè)置431.7.4保存工程441.7.5分析441.7.6生成報告451.8HFSS設(shè)計實(shí)例5

3、——魔T型波導(dǎo)的設(shè)計471.8.1建立匹配膜片與金屬桿481.8.2分析設(shè)置481.9HFSS設(shè)計實(shí)例6——圓波導(dǎo)的設(shè)計521.9.1初始設(shè)置521.9.2建立三維模型531.9.3分析設(shè)置551.9.4保存工程561081.9.5分析561.9.6生成報告571.10HFSS設(shè)計實(shí)例7——同軸線的設(shè)計641.10.1初始設(shè)置641.10.2建立三維模型651.10.3分析設(shè)置681.10.4保存工程691.10.5分析691.10.6生成報告701.11HFSS設(shè)計實(shí)例8——微帶線的設(shè)計771.11.1初始設(shè)置771.11.

4、2建立三維模型781.11.3建立波導(dǎo)端口激勵791.11.4分析設(shè)置801.11.5保存工程801.11.6分析811.11.7生成報告821.11.8產(chǎn)生場覆蓋圖821.12HFSS設(shè)計實(shí)例9——單極子天線的設(shè)計851.12.1創(chuàng)建工程851.12.2創(chuàng)建模型851.12.3設(shè)置變量891.12.4設(shè)置模型材料和邊界參數(shù)901.12.5設(shè)置求解頻率和掃描范圍931.12.6設(shè)置輻射場931.12.7確認(rèn)設(shè)置并分析931.12.8顯示結(jié)果941.13HFSS設(shè)計實(shí)例10——方形切角圓極化貼片天線的設(shè)計981.13.1設(shè)計原理

5、及基本公式991.13.2創(chuàng)建工程和運(yùn)行環(huán)境設(shè)定991.13.3創(chuàng)建模型991.13.4求解設(shè)置1001.13.5有效性驗(yàn)證和仿真1001.13.6輸出結(jié)果1001.13.7設(shè)置變量與參數(shù)建模1021.13.8創(chuàng)建參數(shù)分析并求解1021.13.9優(yōu)化求解1041.13.10輸出優(yōu)化后的結(jié)果1051.14參考文獻(xiàn)108108第一章用HFSS仿真微波傳輸線和元件1.1AnsoftHFSS概述1.1.1HFSS簡介AnsoftHFSS（全稱HighFrequencyStructureSimulator,高頻結(jié)構(gòu)仿真器）是Ansoft

6、公司推出的基于電磁場有限元方法（FEM）的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件，可以對任意的三維模型進(jìn)行全波分析求解，先進(jìn)的材料類型，邊界條件及求解技術(shù)，使其以無以倫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，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計算機(jī)、通信等多個領(lǐng)域，幫助工程師們高效地設(shè)計各種高頻結(jié)構(gòu)，包括：射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結(jié)構(gòu)、電真空器件，研究目標(biāo)特性和系統(tǒng)/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設(shè)計成本，

7、減少設(shè)計周期，增強(qiáng)競爭力。美國Ansoft公司的HFSS軟件是基于電磁場有限元算法，其原理是將天線分割成若干微小單元進(jìn)行求解擬合，尤其對電小天線在窄帶范圍內(nèi)仿真效果甚佳，缺點(diǎn)是求解過程復(fù)雜，仿真時間較長，對電長度較大的電大天線仿真時間會更長，對寬頻帶天線的仿真需要將頻率化分成幾段進(jìn)行仿真。因此，AnsoftHFSS軟件是電長度和頻率的精細(xì)仿真軟件，多用于閉場環(huán)境仿真。相比之下，德國的CST軟件是基于電磁場有限積分法，適用于電長度較大的電大天線的仿真，特別適用于寬頻帶天線的仿真，解算時間遠(yuǎn)小于HFSS軟件，缺點(diǎn)是解算誤差大于HF

8、SS軟件，因此，CST軟件是電大天線及寬頻帶的粗況仿真，多用于開場環(huán)境仿真。安捷倫公司的ADS電磁仿真軟件是基于矩量法解算的，將遠(yuǎn)場電磁場作平均處理，適用于電磁場較均勻的電磁環(huán)境仿真。由于沒有嚴(yán)格設(shè)置輻射邊界條件，適用于PCB板級及微帶線的電磁仿真，對天線的遠(yuǎn)場仿真效果較差。