某试验一T型波导内部仿真场分析报告与优化Word下载.docx
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从主菜单栏选择【HFSS】t【SolutionType】,打开SolutionType
对话框,选中DrivenModal单选按钮,单击OK按钮。
3.设置长度单位
从主菜单栏选择【Modeler】宀【Units】,打开SetModelUnits对
话框,选择英寸(in)单位,单击OK按钮。
此时,设置了建模时的默认长度单位,即英寸。
二:
创建T形波导模型
1.创建长方体
(1)从主菜单栏选择[Tools】i【Options】宀【ModelerOptions】,打开3DModelerOptions对话框,选择Drawing选项卡,确认选中EditPropertiesofnewprimitives复选框,然后单击确定按钮。
(2)从主菜单栏选择【Draw】-【Box】,或者单击工具栏的快捷按钮,进入创建长方体模型的工作状态,移动鼠标光标到HFSS工作界面的右下角状态栏,在状态栏输入长方体的起始点坐标为(0,0.45,0)。
按下回车键确认后,在状态栏输入长方体的长(dx)、宽(dy)、高(dz)分别为2、0.9、0.4。
再次按下回车键确认后,会弹出新建长方体的“属性”对话框;
通过属性对话框可以设置和修改物体的位置、尺寸、名称、材料和透明度等属性。
这里选择Attribute选项卡,将长方体名称项(Name)改为Tee,长方体材料属性(Material)保持为真空(vacuum)属性不变;
单击Transparent项的数值条,在弹出窗口中移动滑动条设置其值为0.4,以提高长方体的透明度。
设置完成后,单击对话框下方的按钮,退出属性对话框。
此时,即创建好了一个顶点位于(0,0.45,0),长、宽、高为2、0.9、0.4的长方体模型。
按下快捷键Ctrl+D,软件会适合窗口大小全屏显示物体模型。
2.设置波端口激励
(1)按F键切换到面选择状态,单击选中长方体上位于x=2处平行于yz面的平面,选中的平面会高亮显示。
(2)在三维模型窗口内单击右键,从弹出的快捷菜单中选择
【AssignExcitation】宀【WavePort],打开波端口设置对话框,在
Name项输入端口名称Port1,单击按钮;
在新窗口中单击打开
IntegrationLine下方的下拉列表框,选择NewLine选项,设置端口的积分校准线。
(3)选中并单击NewLine后,进入端口积分线绘制状态。
此时移
动鼠标光标到前面所选中并高亮显示的平面下边缘的中间位置,即坐
标(2,0,0)处,单击鼠标左键,确定积分线的起始点;
然后再移动鼠标光标到该平面上边缘的中间位置,即坐标(2,0,0.4)处,再次单击鼠标,确定积分线的终止点,完成积分线设置。
积分线设置完成后,会自动回到前面打开的波端口设置对话框,对话框余下各项都保持默认设置不变,一直单击下一步按钮,直至完成。
设置好的波端口。
3.复制长方体
(1)从主菜单栏选择【Tools]f【Options]宀【HFSSOptions],打开HFSSOptions对话框,选择General选项卡,选中Duplicateboundarieswithgeometry复选框,然后单击确定按钮。
(2)复制长方体创建T形波导的第二个臂。
展开操作历史树,单击
选择Tee节点,即可选中刚刚新建的名称为Tee的长方体。
从主菜单栏选择【Edit]f【Duplicate]f【AroundAxis],打开DuplicateAroundAxis对话框,进行复制物体的操作。
对话框中的
Axis项选择Z,Angle项输入90deg,Totalnumber项输入2,单击对话框下方的按钮,即可复制生成一个与z轴成90°
夹角、名称为
Tee_1的长方体。
该长方体继承了长方体Tee的所有属性,包括尺寸、材料属性、激励端口设置等。
(3)复制长方体创建T形波导的第三个臂。
重复上面的复制操作,在Angle项输入90deg,即可复制生成第三个长方体,复制生成的第三个长方体的默认名称为Tee_2,Tee_2是由Tee沿z轴顺时针旋转90°
复制而成的。
按快捷键Ctrl+D,让物体适中显示。
4.合并长方体
(1)从主菜单栏选择[Tools]f[Options]f【ModelerOptions],打开3DModelerOptions对话框,选择Operation选项卡,确认Clonetoolobjectsbeforeunite复选框未被选中。
(2)单击键盘上的0键,切换到物体选择状态,单击物体选中第一个长方体Tee,接着按下Ctrl键同时选中第二个长方体Tee_1和第三个长方体Tee_2,确保3个长方体都被选中之后,从主菜单栏选择
【3DModeler】宀【Boolean】宀【Unite】命令或者单击工具栏的
快捷按钮,执行合并操作,将3个长方体合并生成一个T形物体模型,合并后的物体名称和属性与第一个被选中的物体相同。
5.创建隔片
(1)创建一个长方体。
从主菜单栏选择【Draw】-【Box],进入新建长方体工作状态。
移动鼠标光标在三维模型窗口任选一个基准点,在xy面展开成长方形,单击确定;
再沿着z轴移动鼠标光标展开成长方体,单击确定,完成后弹出属性对话框。
(2)设置长方体的位置和尺寸。
在“属性”对话框的Command选项卡界面,Position栏输入"
0.45in,Ofset-O.O5in,0in"
,设置长方体的起始点位置,按回车键确定,此时会弹出AddVariable对话框,要求设置变量Offset的初始值,在Value栏处输入“Oin”,然后单击OK,返回属性对话框。
在Xsize、Ysize和Zsize栏处分别输入0.45、0.1和0.4,设置长方体的长宽高尺寸。
然后,选择属性对话框的Attribute选项卡,在Name栏处输入长方体的名称Septum,单击完成。
此时,在T形波导内部添加了一个小长方体。
(3)相减操作。
展开操作历史树,首先选中Tee,按下Ctrl键的同时再选中Septum,确认Tee和Septum都被选中;
之后,从主菜
单栏选择【3DModeler】宀【Boolean】宀【Subtract】命令或者
单击工具栏的按钮,打开相减操作对话框。
确认对话框中Tee在
BlankParts栏,Septum在ToolParts栏,表明是从模型Tee中去掉模型Septum。
单击OK按钮执行相减操作。
相减操作完成后,创建出完整的T形波导。
三:
分析求解设置
1.添加求解设置
在工作界面左侧的工程管理窗口(ProjectManager)中,展开
TeeModal设计,选中Analysis节点,单击右键,在弹出的快捷菜单中单击【AddSolutionSetup…】,打开求解设置对话框。
在该对话框中,SolutionFrequency项输入10,默认单位为GHz,其他项都
保持默认设置不变,单确定按钮击结束。
此时,就在工程管理窗口
Analysis节点下添加了一个名称为Setup1的求解设置项。
2.添加扫频设置
在工程管理窗口中,展开Analysis节点,右键单击前面添加的Setup1求解设置项,在弹出菜单中单击【AddFrequencySweep…】,打开EditSweep对话框。
在该对话框中,SweepType项选择
Interpolating,FrequencySetup项设置。
其他项保持默认设置不
变,然后单击EditSweep对话框的0K按钮完成扫频设置,此时即
在Setupl节点下添加了一个名称为Sweepl的扫频设置项。
Type:
LinearSetup
Start:
8GHz
Stop:
10GHz
StepSize:
0.01GHz
3.检查设计设置
从主菜单栏选择【HFSS】t【ValidationCheck】,弹出设计检查验
证窗口,检验设计的完整性和正确性。
4.仿真运行设置
从主菜单栏选择【HFSS】t【AnalyzeAII],运行仿真分析。
在分析
求解过程中,工作界面右下方的进度窗口会显示求解进度。
求解运算
需要几分钟的时间,求解运算完成后,在工作界面左下方的信息管理窗口会显示求解完成信息。
四:
实验结果分析及总结:
1.图形化显示S参数计算结果
右键单击工程管理窗口中工程树下的Results项,在弹出的菜单中选择【CreateModalSolutionDataReport]宀【RectangularPlot],打开如图2.31所示的结果报告设置对话框。
在对话框的左侧,Solution项选择Setup1:
Sweep1,Domain项选择Sweep;
在对话框的右侧,X项选择Freq,在Category列选择SParameter,在Quantity列按下Ctrl键的同时选择S(Port1,Port1)、
S(Port1,Port2)、S(Port1,Port3)项,在Function列选择mag,其他保持默认设置不变。
然后单击按钮,即可绘制出S11、S12、S13
幅度随频率变化的曲线。
*i|j||"
iuf'
'
i|*q.~~■■■~Fq||i1
绘制生成的结果显示报告会自动添加到工程树的Results节点下,其
默认名称为XYPlotl。
2.查看表面电场分布
双击工程树下的设计名称TeeModal,返回三维模型窗口。
在三维模型窗口中单击右键,从右键弹出菜单中选择【SelectFaces】命令,
进入面选择状态;
单击选中T形波导模型的上表面。
选中的模型表面会咼亮显示。
从主菜单栏选择【HFSS】t【Fields】—【PlotFields】—【E】—
【Mag_E],打开CreateFiledPlot对话框,对话框所有设置保持默
认不变,单击按钮,此时在选中的T形波导上表面会显示出场分布情况;
同时,在工程树的Fieldoverlays节点下会自动添加该场分布图,其默认名称为Mag_E1。
3.动态演示场分布图
在工程树的Mag_E1项上单击右键,从弹出菜单中选择【Animate],
打开动画演示设置对话框,对话框各项设置保持默认不变,单击按钮,
则可以观察到T形波导表面的场分布开始动态变化;
同时,在工作界面左上角的还会打开Animation对话框,通过该对话框可以控制动态显示的进程,包括停止、开始和演示速度等。
优化分析
1.新建一个优化设计工程
(1)打开已保存的工程文件Tee.hfss,并另存为OptimTee.hfss.
(2)删除上节课添加的扫描设置频(Sweepl).
2.参数扫描分析设计和仿真设计
使用Optimetrics模块的参数扫描分析功能,分析波导端口的输出功率和隔片位置之间的关系。
(1)添加参数扫描变量
(2)定义输出变量
定义三个输出变量Powerl、Power2、Power3,分别代表端口1、端口2和端口3的输入输出功率。
(3)参数扫描分析求解
完成上面的工作,检查没有错误就可以进行仿真运算了。
3.查看参数扫描分析结果
(1)创建功率分配随便量Offset变化的关系图绘出输出变量
Powerll、Power21、Power31与变量Offset的关系曲线报告。
女口
由图可以分析出在后面的优化设计中,可以设置Ofset优化范围最
大值0.3,优化初始值为0.1,另外优化范围的最小值可以去0英寸
(2)动态演示场分布随着变量Ofset的变化
4.优化设计
添加优化设计项,进行优化设计,求出隔片位置,使端口3的输出功率是端口2的2倍。
(1)添加优化变量
(2)优化设置
(3)添加目标函数
这里优化设计要达到的目的是当工作频率为10GHz时,端口3
的输出功率为端口2的2倍;
使用前面定义的输出变量,设置目标
函Power31-2*Power2仁0
■ft■bJaJVwsBihl*-■|fl■■»
»
-a3.|iH|pa*mw«
|
Fins
A
(4)设置优化变量的取值范围
设定Ofset的优化范围为0――3英寸
(5)设置优化变量
(6)运行优化分析
5.查看优化结果
(1)目标函数与运算迭代次数的关系曲线图
在HFSS优化分析过程中,可以实现每一次迭代机选的变量值和
目标函数,观察目标函数是否收敛以及何时达到优化目标。
查看每一
次迭代计算对应的变量值和函数值。
tlBli1•皐盅
(2)查看优化后的场分布图
右键单击工程树ANALYSIS节点下的Setupl项,重新运行仿真分析,计算优化完成后T型波导内的场分布。
从图可以粗略看左边端口3输出能量约为端口2的2倍。
6.保存并退出HFSS。
7.进行第二项优化,使端口3的输出功率是端口2的3倍,此时只需
将添加优化目标函数这一步骤的公式改为:
Power31-3*Power2仁0
即可。
其余步骤与上面步骤一样。
下图为最佳优化结果
下图为最佳优化结果的场的分布情况
yn
8.再次进行优化,重新设计端口激励端,使端口端2为激励端,端口
3的输出为端口1的2倍。
下图为最佳优化结果:
实验结果分析及总结
本实验通过的参数扫描和优化设计功能对T型波导和隔片位置进
行参数扫描分析和设计优化。
优化结果:
3端口的输出功率为2端口的2倍是,设置
Power31-2*Power2仁0,结果可得最佳隔片位置在0.09左右时,可
以达到此效果;
3端口的输出功率为2端口的3倍时,设置power31-3*power2仁0,结果可得最佳隔片位置在0.14左右时,可
2端口为激励端口时,设置power32-2*power12=0,结果可得最佳隔片位置为0.26.
实验感想
通过本次实验,使我加深了对HFSS的认识,学会了模块的扫描以及参数的设置,虽然实践过程花费时间精力,但是通过和搭档的合作还有老师的指导,这些都不是难题。
通过HFSS软件的学习我们可以解决许多问题,所以现在学习的知识以后会有所受用。
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- 试验 波导 内部 仿真 分析 报告 优化
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