HFSS谐振腔体分析
内容概述
主要通过一个圆柱形介质谐振腔的分析设计实例,详细讲解如何使用HFSS中的本征模求解器分析设计谐振腔体一类的问题。学习中需要重点关注使用本征模求解器时,模式数的概念,以及在分析多个模式时,如何查看各个模式的谐振频率、品质因数和场分布。
圆柱形腔体谐振器简介
微波腔体谐振器是由导体制成的封闭的空腔,电磁波在其中连续反射,如果模式和频率合适,就会产生驻波,即发生谐振现象。
微波谐振器的主要参数由两个:谐振频率或谐振波长和品质因数Q。
使用HFSS分析圆形腔体谐振器,由理论分析可知,当圆柱形腔体长度等于半径,即时,
是最低次模,
是次低次模,且二者的谐振波长分别为:
;
模的谐振波长与腔体长度无关,无法利用调节谐振腔长度的方法进行调谐,但在圆柱轴线方向引入一段细圆柱形导体或细圆柱形介质,可以使
模场的分布发生变化,通过改变细圆柱形导体/介质的长度,可以实现谐振腔的调谐。
HFSS设计概述
使用HFSS分析设计一个圆形腔体谐振器,腔体的长度和截面半径都为15mm,腔体的外壁材质是厚度为1mm的金属率。根据上面的公式可以计算出谐振腔模和
模波长和频率的理论值分别为:
首先我们在HFSS中创建该腔体模型,仿真计算出模和
模谐振频率的实际值和品质因数Q值,并查看
模和
模的场分布;
然后再圆形谐振腔体内部添加一个半径为5mm的介质圆柱,使用HFSS的参数扫描功能,分析介质圆柱的高度对模和
模谐振频率的影响
HFSS设计步骤和设计流程
新建工程并设置求解类型
对于谐振腔体问题的分析,需要选择本征模求解类型
腔体建模和边界条件设置
创建一个地面圆心位于坐标原点,地面半径为15mm,高度为15mm的圆柱体模型,作为圆形谐振腔体,命名为Cavity。
圆形腔体的外壁材料是厚度1mm的金属铝,在HFSS中可以通过给腔体外壁分配有限导体边界条件来实现
在HFSS中,使用本征模求解类型的问题,都不需要设置端口激励。因此,本例中无需设置立即
求解设置
最小求解频率为3GHz,最大迭代次数为20次,收敛误差为2.5%,求解的模式数为2
设计检查和运行仿真分析
查看结果分析
谐振频率和品质因素Q
腔体内部模和
模电场和磁场的分布
参数扫描分析
在腔体内部添加一个细介质圆柱,介质圆柱的横截面半径为5mm,通过改变介质圆柱的高度来改变腔体的谐振频率,使用HFSS的参数扫描功能来分析腔体的谐振频率和介质圆柱高度之间的关系。
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