矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析VIP专享

实验一、 矩形波导 TE10的仿真设计与电磁场分析 班级： 学号： 姓名： 报告日期：2012.6.29 一、 实验目的： 1. 熟悉HFSS 软件的使用； 2. 掌握导波场分析和求解方法，矩形波导TE10 基本设计方法； 3. 利用HFSS 软件进行电磁场分析，掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。 二、 实验原理（略） 2.1基本导波理论 对由均匀填充介质的金属波导管建立如图 1 所示坐标系, 设z 轴与波导的轴线相重合。由于波导的边界和尺寸沿轴向不变, 故称为规则金属波导。 图 1 矩形波导结构 本节采用直角坐标系来分析,并假设波导是无限长的,且波是沿着 z方向无衰减地传输,由电磁场理论, 对无源自由空间电场E 和磁场H 满足以下矢量亥姆霍茨方程: 00( , )( , )j zj zEEx y eHHx y e 式1 式中β 为波导轴向的波数,E0(x,y)和H0(x,y)分别为电场和磁场的复振幅,它仅是坐标 x 和y的函数。以电场为例子，将上式代入亥姆霍兹方程220Ek E ,并在直角坐标内展开,即有由麦克斯韦方程组的两个旋度式,可以得到场的横向分量和纵向分量的关系式： 2222()() 2()()zzxczzyczzxczzycHEjEkyxHEjEkxyHEjHkxyHEjHkyx  式 kc 表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数 ,如果导波沿 z 方向传播,则222cxykkk；k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。 根据两个纵向场分量 Ez 和Hz 的存在与否，对波导中的电磁波进行分类。可将波导中的电磁波分成三类： 1. 横电磁波(TEM 波)：0zzEH； 2. 横电波(TE 波)：0,0zzEH； 3. 横磁波(TM 波)：0,0zzEH。 2.2矩形波导中主模 TE10传输模式及其场分布 由于矩形波导的四壁都是导体,根据边界条件波导中不可能传输 TEM 模,只能传输 TE 或TM 模。 这里只分析 TE 模(Ez=0，Hz)，对于 TE 模只要解 Hz的波动方程。即 222000220zzczHHk Hxy式3 对于 TE10 模，根据式 2 可得： 图 2 矩形波导场结构图 由图 2 可见,场的各个分量沿宽边 a 只变化一次,即有一个半驻波分布,是沿窄边 b 均匀分布,这是因为 m=1 及 n=0 的缘故,故 m 表示场分布沿波导宽边方向的半驻波个数,n 表示场分布沿波导窄边方向的半驻波个数。 对于 3cm 波导，在尺寸为 222.86 10.16mma b的...