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1实验3:利用HFSS仿真分析矩形波导一、实验原理矩形波导的结构(如图1),尺寸a×b,ab,在矩形波导内传播的电磁波可分为TE模和TM模。图1矩形波导1)TE模,0zE。coscoszzmnmxnyHHeab2cossinxmncznmxnyEHbabjke2sincoszymncjmmxnyEHekaab2sincoszxmncmmxnyHHekaab2cossinzymncnmxnyHHekbab其中,ck=22mnab而mnH是与激励源有关的待定常数。2)TM模ZH=0,由ZE的边界条件同样可得无穷多个TM模。注意:对于mnTM和mnTE模,m,n不能同时为零,否则全部的场分量为零。2mnTM和mnTE模具有相同的截止波数计算公式,即ck(mnTM)=ck(mnTE)=22mnab所以,它们的截止波长c和截止频率cf的计算公式也是一样的,即c(mnTM)=c(mnTE)=222bnamcf(mnTM)=cf(mnTE)=1222mnab对于给定的工作频率或波长,只有满足传播条件(fcf或c)的模式才能在波导中传播。由公式可以看出矩形波导的cf,c不仅与波导的尺寸a,b有关,还和模指数m,n有关。当a,b一定时,随着f的改变,矩形波导可以多模传播,也可以单模传播,甚至也可以处于截止状态。以a=23mm,b=10mm的空心矩形波导为例,由截止频率的计算公式22)()(21bnamfc,可以计算GHzfcTE52.610,GHzfcTE04.1320,GHzfcTE1501,所以波导单模工作的频率范围为6.562-13.123GHz。3二、实验步骤1、工程设置打开HFSS,出现新的工程窗口(如图1)。4图1HFSS工程窗口(1)设置求解类型DrivenModal(模式激励)。在菜单中点击HFSSSolutionType,出现SolutionType窗口,选择DrivenModal(如图2),点击OK。图2设置求解类型SolutionType窗口(2)设置模型单位毫米在菜单栏中点击ModelerUnits,出现SetModelUnits窗口,选择mm,点击OK(如图3)。5图3设置模型单位SetModelUnits窗口(3)保存工程命名为waveguide点击工具栏中的,将工程名字设为waveguide。2、画波导点击工具栏中的(Drawbox)画矩形波导的长方体模型,在屏幕右下角出现长方体顶点信息,输入顶点坐标(0,0,0),按回车键;屏幕右下角出现长方体尺寸信息,输入(23,10,50)(如图4),按回车键结束画图过程。图4画长方体顶点坐标与尺寸设置在屏幕中间模型列表中的Box1为画出的长方体(如图5),双击Box1,出现Propoties:Project1窗口,将Name一栏的value由Box1改为waveguide(如图6)。图56图63、设置边界条件(1)选择波导的四个纵向面。通过Editselectfaces,将鼠标设置为选择面的状态(如图7)。图7selectfaces界面通过按钮(旋转功能)以及ctrl键实现选择多个面,或者通过editselectbyname(如图8),结合ctrl键选中face10、11、12、9(如图9)。7图8selectbyname界面图9selectface界面(2)将这四个面设置为理想导体边界。可以通过点击HFSSBoundariesAssignPerfectE实现,或者点击鼠标右键AssignBoundaryPerfectE(如图10)。8图10设置PerfectE边界条件4、设置激励源waveport(1)选中波导的一个端口面(垂直于z轴的平面)。(2)点击HFSSExcitationsAssignWaveport,或者点击鼠标右键assignexcitationwaveport(如图11)。(3)另外一个端口面执行同样的操作。图11设置waveport界面95、设置求解频率(1)在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup(2)在求解设置窗口中,设置SolutionFrequency:13GHz,其它设为默认值6、计算及后处理在菜单栏中点击HFSSAnalyzeall在菜单栏中点击HFSSFieldsPlotFieldsE,画出电场强度的幅度分布(如图12)。在ProjectManager窗口中,选择dipoleHFSSDesign1FieldOverlays,点击鼠标右键AnimateOK,可以演示电场强度幅度随着时间变化情况,观察理解电磁波从端口1向端口2传播的过程。图12波导中电场强度幅度分布点击HFSSResultsSolutionData(如图13),在MatrixData项中可以查看S参数以及传播常数Gamma等参数(如图14)。10图13查看solutiondata界面图14S参数及Gamma
本文标题:断路器信号含义及回路图
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