电磁场HFSS实验报告
波导仿真设计实验报告
一、实验背景与目的随着微波技术、通信技术和雷达技术的发展，波导作为一种重要的微波传输线，其设计优化对于提高微波系统的性能具有重要意义。
本实验旨在通过电磁场仿真软件HFSS，对矩形波导进行仿真设计，分析其传输特性，并对其进行优化，以达到提高传输效率和降低损耗的目的。
二、实验内容与方法1. 实验内容本实验主要包括以下内容：（1）建立矩形波导的几何模型；（2）设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等；（3）进行仿真计算，得到波导的传输特性；（4）分析仿真结果，优化波导设计。
2. 实验方法（1）使用HFSS软件建立矩形波导的几何模型；（2）设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等；（3）选择合适的仿真求解器，进行仿真计算；（4）分析仿真结果，包括传输线特性、损耗、阻抗匹配等；（5）根据仿真结果，对波导设计进行优化。
三、实验步骤1. 建立矩形波导的几何模型使用HFSS软件，根据设计要求，建立矩形波导的几何模型。
首先，设置波导的尺寸参数，包括内径、外径、高度等。
然后，定义波导的介质材料，如空气、介质板等。
2. 设置仿真参数设置仿真参数，包括介质材料、边界条件等。
例如，设置波导的介质材料为空气，边界条件为完美电导体（PEC）。
3. 进行仿真计算选择合适的仿真求解器，进行仿真计算。
本实验采用时域求解器，设置仿真频率范围为1GHz～20GHz。
4. 分析仿真结果分析仿真结果，包括传输线特性、损耗、阻抗匹配等。
通过分析仿真结果，了解波导的传输特性，并对波导设计进行优化。
5. 优化波导设计根据仿真结果，对波导设计进行优化。
例如，调整波导的尺寸参数、介质材料等，以降低损耗、提高传输效率。
四、实验结果与分析1. 传输特性仿真结果表明，矩形波导在1GHz～20GHz的频率范围内具有良好的传输特性。
在频率较低时，波导的传输损耗较小；在频率较高时，波导的传输损耗较大。
2. 损耗通过分析仿真结果，发现波导的损耗主要由介质损耗和辐射损耗组成。
hfss软件界面功能及设计流程实验报告
hfss软件界面功能及设计流程实验报告下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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HFSS波导仿真实验报告参考模板
《电磁场与电磁波》课程仿真实验报告学号U*********姓名唐彬专业电子科学与技术院（系）光学与电子信息学院2014 年12 月 3 日1.实验目的学会HFSS仿真波导的步骤，画出波导内场分布图，理解波的传播与截止概念。
2.实验内容在HFSS中完成圆波导的设计与仿真，要求完成电场、磁场、面电流分布、传输曲线、色散曲线和功率的仿真计算。
3.仿真模型（1）模型图形（2）模型参数（3）仿真计算参数根据圆波导主模为TE11，111111'=1.841 22ccf a paπμεπμε==为半径，a=1mm，代入公式得截止频率f=8.8GHz，因此设置求解频率为11GHz，起始频率为9GHz，终止频率为35GHz。
4.实验结果及分析4..1电场分布图图形分析：将垂直于Z周的两个圆面设为激励源，利用animate选项可以发现，两个圆面上的电场强度按图中的颜色由红变蓝周期性变化，图形呈椭圆形，且上底面中心为红色时，下底面中心为蓝色。
即上底面中心的电场强度最大时，下底面中心的电场强度为最小。
这是由于波的反射造成的。
对于圆波导的侧面，由动态图可知电场强度始终处于蓝绿色，也就是一直较小。
这说明电场更多的是在两底面，即两激励源之间反射，反射到侧面上的电场较少。
4..2磁场分布图图形分析：根据电场与磁场的关系式——课本式（9.46）可知，电场的大小是磁场大小的c倍（c为真空中的光速），电场方向与磁场方向处处垂直，在图中也可看出，波导中磁场的最大值出现在侧面，两底面的中心的颜色为蓝绿色，且底面的两边为双曲线的形状，这就是磁场与电场相互垂直的结果。
另一方面，根据图中各个颜色代表的场强大小也可以近似验证，电场与磁场的大小的确是c倍的关系。
而且在导体中的电磁波，磁场与电场还存在相位差，这一点也可从两者的动态图中验证该结论。
4..3电流分布图图形分析：面电流变化的图形特点与磁场变化的图形特点相类似，原因可以根据麦克斯韦方程（微分形式）（积分形式）知道，面电流密度大小与磁场大小成正比，因此两者的变化规律相同。
HFSS波导仿真实验
HFSS设计流程
图13 波导中的电场分布
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HFSS设计流程
画磁场的分布方法同上，只是在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>M，若是画电流则先 选中物体某个面或某些面，然后在菜单栏中点击 HFSS>Fields>Plot Fields>J，过程与画电场分布类 似。
图14 波导中的磁场分布
在屏幕右侧窗口显示画出的长方体；点击工具 ，将长方体全部 显示在窗口中（如图 7）。
2）设置长方体属性 在屏幕中间模型列表中的 Box1 为画出的长方体（如图 7），双击 Box1， 在其出现的 Propoties:Project1 窗口中，将 Name 一栏的 value 由 Box1 改为 waveguide，材料选择为 air，透明度设置为 1。
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HFSS设计流程
图7
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HFSS设计流程
3、边界条件设置 1）选择波导的四个纵向面。 通过 Edit>select>faces,将鼠标设置为选择面的状态（如图 8）,或
者可以用鼠标右键来实现。 通过按钮 （旋转功能）以及 ctrl 键实现选择多个面，或者通过
edit>select>by nam（e 如图 9），结合 ctrl 键选中四个纵向面（如图 10）。
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HFSS的设计与求解
对 象 建 模、 建 立 波 动 方 程 及 边 界 条 件
新建工程
设置求解类型
设计模型
设置材料类型 设置边界条件 设置端口激励
求解设置： 求解频率，扫频设置
场方程，波方程的求解过程
剖分细化网格 否
是 扫频分析
求解
结果是否收敛 是
HFSS仿真实验报告样例
.《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。
二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。
天线各部分结构尺寸的初始值见表1。
图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。
表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。
批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。
三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。
2、创建介质层。
创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。
3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。
2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。
画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。
3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。
4）合并生成完整的金属片模型。
4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。
2）创建矩形面 Rectangle1。
3）创建三角形 polyline2。
4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。
5、设置边界条件1）分配理想导体。
2）设置辐射边界条件，材质设为 air。
6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。
7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。
安徽工程大学通信工程生产实习(HFSS)实验报告
生产实习实验报告时间：2013年12月班级：通信工程姓名：**学号：310020****实验一HFSS安装，简单结构的建模HFSS是利用我们所熟悉的windows图形用户界面的一款高性能的全波电磁场(EM)段任意3D无源器件的模拟仿真软件。
HFSS的安装方法1、打开Ansoft_HFSS_V10目录；2、安装之前请仔细阅读Crack目录下的readme.txt；3、安装软件。
软件安装成功后，在桌面会生成HFSS快捷方式的图标，我们双击图标打开软件界面如下：简单结构的建模1、了解HFSS界面；2、学习基本线、面、体的画法；3、指定模型尺寸、材料。
4、模型的复制、移动和布尔运算。
本实验中，我们设计的实例是电基本阵子的仿真，电基本阵子的长度30mm，宽度4mm，工作频率1GHz，空气盒子六个面到天线的距离为1/4波长。
实验步骤如下：首先，打开HFSS软件，新建一个工程命名为project3100204130.hfss并保存。
根据要求，我们先画出电基本阵子，其参数如下：我们得到的电基本阵子如下图所示：接下来是电基本阵子的外围空气盒子，我们先画出盒子，并调节参数如下：空气盒子：电基本阵子的激励：设置空气盒子为辐射边界：设计其分析参数，频率设置为1GHz，设置其远区场参数：完成后保存文件，在接下来就是对该模型的仿真了，运行有效性检查：运行仿真，等待仿真完成后观察结果。
方向图：Axial Ratio Value：Phi=90’，YZ平面方向图：Theta=90’，XY平面方向图：辐射的磁场以及电场方向在空气盒子一个面的分布：磁场分布：电场分布：实验2 对称振子天线的仿真实验实验2中我们对对称阵子天线进行仿真实验，新建工程后保存，画出对称阵子，并在对称阵子中间添加一个激励平面：对称阵子参数：中心激励参数：再画出一个空气盒子，空气盒子距离天线λ/4，如图：其参数如下：设置激励：指定空气盒子为辐射边界：设置仿真条件，如图所示，中心频率为1GHz：设置边界：设置终端驱动：检查正确性：实验结果图：Terminal Solution Data Report——Rectangular Plot，其最低点处在1GHz附近：方向图：为了得到边射阵的方向图，我们在Radiation选项下添加Antenna Array Setup，选择Custom Array Setup，选择计算好的文本文档数据如下：得到的3元边射阵方向图如下所示：实验小结经过两周的时间，生产实习实验终于做完了。
电磁场试验报告1(模板)
电磁场与电磁波实验报告（HFSS软件基础与应用1 --矩形波导）专业班级：姓名：学号：时间：HFSS软件基础与应用一、实验目的通过安装调试HFSS软件，初步了解该软件。
通过学习使用HFSS画一个矩形波导，逐步掌握该软件的基本功能和操作。
二、HFSS简介HFSS – High Frequency Structure Simulator,Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件,目前已被ANSYS公司收购;是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。
HFSS提供了一简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。
HFSS软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。
使用HFSS，可以计算：①基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；②端口特征阻抗和传输常数；③ S参数和相应端口阻抗的归一化S参数；④结构的本征模或谐振解。
而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。
三、HFSS界面介绍与操作软件界面菜单栏（Menu bar）由文件、编辑、视图、工程、绘图、3D模型、HFSS、工具和帮助等下拉式菜单组成。
工程管理（Project Manage）窗口显示所以打开的HFSS工程的详细信息，包括边界、激励、剖分操作、分析、参数优化、结果、端口场显示、场覆盖图和辐射等。
3D模型窗口（3D Modeler Window）是创建几何模型的区域，包括模型视图区域和历史树。
状态栏（Status bar）位于HFSS界面底部，显示当前执行命令的信息。
电磁信号解析实验报告
一、实验目的1. 理解电磁波的基本特性及其在传输过程中的变化。
2. 掌握电磁场仿真软件HFSS的基本操作，利用其进行电磁信号的解析。
3. 分析T形波导中电磁波的传输特性，研究隔片对信号能量分布的影响。
二、实验原理电磁波是一种在空间中传播的电磁场变化，具有电场和磁场两个分量。
在传输过程中，电磁波会受到介质的电磁参数、波导结构等因素的影响，从而产生反射、折射、衰减等现象。
本实验采用电磁场仿真软件HFSS对T形波导进行建模和分析。
T形波导是一种常用的微波传输结构，由三个端口组成：端口1为信号输入端口，端口2和端口3为信号输出端口。
在端口1正对侧的波导壁上放置一个金属隔片，通过调节隔片的位置，可以改变信号能量在端口2和端口3的分布，以及反射回端口1的信号能量。
三、实验步骤1. 利用HFSS软件建立T形波导的几何模型，设置介质的电磁参数和边界条件。
2. 在端口1施加激励信号，进行仿真分析。
3. 调节隔片的位置，观察信号能量在端口2和端口3的分布，以及反射回端口1的信号能量。
4. 分析隔片对信号传输特性的影响，验证实验结果。
四、实验结果与分析1. 隔片位置对信号能量分布的影响实验结果表明，随着隔片位置的移动，信号能量在端口2和端口3的分布发生明显变化。
当隔片靠近端口1时，端口2的信号能量增加，端口3的信号能量减少；当隔片远离端口1时，端口2的信号能量减少，端口3的信号能量增加。
2. 隔片对反射信号的影响实验结果表明，隔片对反射信号的影响较小，反射信号的能量变化不大。
3. 实验结果与理论分析实验结果与理论分析基本一致。
根据电磁场理论，当隔片靠近端口1时，信号在波导内的传播路径变短，导致端口2的信号能量增加；当隔片远离端口1时，信号在波导内的传播路径变长，导致端口2的信号能量减少。
五、实验结论1. 通过本实验，我们掌握了电磁场仿真软件HFSS的基本操作，并利用其进行了电磁信号的解析。
2. 分析了T形波导中电磁波的传输特性，研究了隔片对信号能量分布的影响。
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实验一 T形波导的内场分析实验目的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、HFSS15.0 或更高版本软件3、截图软件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。
T形波导实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程：打开HFSS 软件后，自动创建一个新工程：Project1，由主菜单选File\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选Project\ Insert HFSS Design，在工程树中选择HFSSModel1，点右键，选择Rename项，将设计命名为TeeModel。
选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选HFSS\Solution Type ，在弹出对话窗选择Driven Model 项。
设置长度单位为in：由主菜单选3D Modeler\Units ，在Set Model Units 对话框中选中in 项。
2、创建T形波导模型：创建长方形模型：在Draw 菜单中，点击Box 选项，在Command 页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent（透明度）将其设为0.8。
Material（材料）保持为Vacuum。
设置波端口源励：选中长方体平行于yz 面、x=2 的平面；单击右键，选择Assign Excitation\Wave port项，弹出Wave Port界面，输入名称WavePort1；点击积分线(Integration Line) 下的New line ，则提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即（2,0,0)处点左键，确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,0.4)处，作为端口终点。
复制长方体：展开绘图历史树的Model\Vacuum\Tee节点，右键点击Tee项，选择Edit\Duplicate\Around Axis，在弹出对话窗的Axis 项选择Z，在Angel项输入90deg，在Total Number 项输入2，点OK，则复制、添加一个长方体，默认名为TEE_1。
重复以上步骤，在Angel项输入-90，则添加第3个长方体，默认名Tee_2.合并长方体：鼠标右键切换到物体选择状态。
选中第1个长方体，按下Ctrl键的同时选中第2、3个长方体，由主菜单选3D Modeler\Boolean\Unite，则将三个长方体组合在一起，形成了一个T 型接头。
创建隔片：绘制长方体：Draw/box命令任意创建一个长方体，确定位置参数：绘图工程树双击CreateBox1在属性对话窗口的Command 页，在Position项输入-0.45in , offset-0.05in , 0in，调整长方体尺寸；由T 型接头中减去间隔：在历史树中选择Tee 项，按下Ctrl 键的同时再选中Septum项。
由主菜单选3D Modeler\Boolean\Subtract ，在弹出对话窗口中，确定Tee在Blank Parts 列，Septum在Tool Parts列（即将间隔从型接头中去掉），点OK完成。
3、分析求解设置：在工程树中，找到TeeModel\Analysis 节点，点右键，选择Add Solution Setup ，弹出对话窗。
在General 标签页的Solution 项输入10，默认单位为GHz，在Adaptive Solutions的Maximum Number of Passes 项设为3，其它不变，点击确定。
添加扫频设置：在工程树中的Setup1项上点右键，选择AddFrenquency Sweep，在弹出对话窗中选择General项，其它具体设置默认不变；在Type栏选择Linear Step，定义频率范围为：8～10GHz，阶长0.05GHz，点OK完成。
设计检查：主菜单选HFSS\Validation Check，则弹出确认检查窗口，对设计进行确认。
全部完成且没有错误时，点Close结束。
4、运行仿真分析：由主菜单选HFSS\Analyze all，对设计的模型进行三维场分析求解。
求解全部完成后，在信息管理区会出现确定信息。
5、查看仿真分析计算结果：创建一个S参数的矩形曲线图；创建一个电场视图；创建动态演示场覆盖图内场分析结果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、动态演示场分布图实验总结：实验二 T形波导的优化设计实验目的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、HFSS15.0 或更高版本软件3、截图软件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；由主菜单选File\Open，打开第二部分所创建的Ex1_Tee.hfss文件。
由主菜单选File\Save as，保存在自建文件夹内，命名为OptimTee.hfss，删除频率扫描。
2、参数扫描分析设置和仿真分析：在工程树中选Optimetrics项上点右键，选择Add\Parametrie项添加参数扫描分析项。
定义输出变量：添加变量扫描定义：在对话窗的SweepDefinitions 标签页，点击Add，在新弹出窗口中已经默认调节变量为offset选择Linear step项，变量范围设为0～1，阶长为0.1，单位均为in，点击Add，则在窗口右侧加入调节变量及其设置。
点OK。
定义输出变量：在Calculations标签页（注：设置页面可以在工程树下Opimetrics/ParametricSetup1打开），点击左下角Setup Calculation，则弹出Add/Edit Calculations对话窗。
点击左下角Output Variables，弹出Output Variables对话框，定义Power11、Power21、Power31变量.运行参数扫描分析：在工程树中的ParametricSetup1项上点击右键，选择Analyze，对参数设置中变量扫描定义的每一个变量进行3D 场分析求解。
全部完成后，在信息管理区会出现确定信息。
创建S参数与Offset变量的关系曲线图：在工程树的Results项点右键，选择Create Modal data Report项选择Rectangular Plot，点OK完成，则弹出对话窗默认选择Trace选项。
3、优化设计：添加优化变量：由主菜单选HFSS\Design Properties，在弹出对话窗选择Optimization项，在offset栏勾选Include项，点击确定完成。
添加目标函数：这里的优化目标是端口3的输出功率是端口2的2倍，目标函数为：Power31-2*Power21=0。
优化设置的对话框下在Goals 标签页，点击左下角Setup Calculation选项，弹出Add/Edit Calculation对话框，点击左下角Output vadiables，创建新的一个目标变量，Name栏中为：Cost，通过Insert into Expression选项在Expression栏中写入表达式：Power31-2*Power21。
然后点击Add，最后点击右下方Done。
返回到Add/Edit Calculation对话框，点击下方Add Calculation，添加目标变量到Setup Optimization对话框Cost中。
设置优化变量的取值范围：选择Variables标签页，在Variable 列只有offset变量，勾选Override项，在starting Value列输入0.1。
Min中：0，Max中：0.3,offset变化范围在0到0.3in之间。
运行优化分析：在工程树的OptimizationSetup1 项上点右键，选择Analyze，进行优化分析。
此过程需要几分钟，可进行下面的实验步骤。
在工程树的OptimizationSetup1项上点右键，选择View Analysis Result，察看优化结果。
实验结果1、创建功率分配随变量Offset变化的关系图输出变量随变量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。
2、表面电场随变量Offset变化Offset=0in Offset=0.3inOffset=0.6in Offset=0.9in优化设计结果1、优化结果在offset=0.093in时，目标函数（Cost function）：Power31-2*Power21=0.000003达到预期优化效果。
2、优化后电场分布实验总结：实验三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、HFSS 15.03、截图软件实验原理本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。