計(jì)算電磁學(xué)-第二次實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、CST MWS 信息工程 05111232 本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 拐彎及變形圓波導(dǎo)的設(shè)計(jì) 課程名稱(chēng)：計(jì)算電磁學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：517任課教師：何芒實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：#4-440實(shí)驗(yàn)教師：何芒實(shí)驗(yàn)類(lèi)型： 原理驗(yàn)證 綜合設(shè)計(jì) 自主創(chuàng)新學(xué)生姓名：徐夢(mèng)婷；楊家文；袁豈凡學(xué)號(hào)/班級(jí)：1120121298112012130112012130/05111232組 號(hào)：學(xué) 院：信息與電子學(xué)院同組搭檔：專(zhuān) 業(yè)：信息工程成 績(jī)：拐彎及變形圓波導(dǎo)的設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)原理TEM模由輸入同軸波導(dǎo)饋入，通過(guò)90°同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換部分后，接輸出同軸波導(dǎo)過(guò)渡段，最后由輸出同軸波導(dǎo)輸出，實(shí)現(xiàn)同軸波導(dǎo)的90°轉(zhuǎn)彎；由兩個(gè)同軸

2、轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)180°的同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)彎。在90°同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，由于同軸波導(dǎo)輸入的TEM模將形成高階模式，為了使輸出口同軸波導(dǎo)為T(mén)EM模式，需要同軸波導(dǎo)過(guò)渡段在一定的長(zhǎng)度內(nèi)滿足單模傳輸條件。輸入口同軸波導(dǎo)和輸出口同軸波導(dǎo)的內(nèi)外導(dǎo)體大小可以通過(guò)阻抗變換來(lái)定制，因此，通過(guò)同軸轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)不同大小的同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)彎和連接。本題采用了轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)以及變形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)，探討變形對(duì)波導(dǎo)傳輸結(jié)果的影響。二、 設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)采用BY48波導(dǎo)，波導(dǎo)內(nèi)截面（直徑44.45mm），空間形狀如下圖所示，其中兩端波導(dǎo)長(zhǎng)60mm，拐彎90度，半徑可以自定，波導(dǎo)橫截面變大或縮小的角度為15度，長(zhǎng)度為

3、90mm，中間最寬處長(zhǎng)度為30mm。形狀盡量如下圖所示：1. 利用CST軟件按照?qǐng)D示建模。2. 設(shè)置相關(guān)參數(shù)，對(duì)模型求解。1D：端口信號(hào)、S參數(shù)、駐波、特性參數(shù)。2D/3D：端口模式、電場(chǎng)分布、表面電流、特性參數(shù)。3. 總結(jié)并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、 設(shè)計(jì)流程及步驟1. 建模建立模板：?jiǎn)?dòng)MWS ，首先見(jiàn)到“ 歡迎” 窗口，選中“ Creat a new project”，點(diǎn)擊“ OK” 確認(rèn)。選擇Waveguide Coupler模板并確認(rèn)。設(shè)置工作平面：（Edit->Working Plane Properties），將“捕捉間距”改為1。設(shè)置單位：（Solve->Units） ，將

4、Dimensions單位改為cm。設(shè)置背景材料（Solve->Background Material） ，由于默認(rèn)PEC，此處不作變動(dòng)。創(chuàng)建第一個(gè)圓柱體：選擇基本形體中的圓柱體（Objects->Basic Shapes->cylinder）。鼠標(biāo)第一次單擊確定圓心，第二次確定底面半徑，第三次確定柱體長(zhǎng)度。在彈出窗口中定于物體名，點(diǎn)擊OK即創(chuàng)建成功。設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸：點(diǎn)擊邊線工具（Objects->Pick->Edge from Coordinates）。按Tab鍵，彈出窗口，依次輸入3，4，確定。再按Tab鍵，彈出窗口，依次輸入3，-4，確定。再次彈出窗口，直接確定。

5、（此處數(shù)值依圓柱具體坐標(biāo)而定。）選取端面：點(diǎn)擊選面工具（Objects->Pick->Pick Edge）雙擊長(zhǎng)方體的底端面，將其選上。生成旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)工具（Objects->Rotate）輸入角度90°，命名，確定。再次調(diào)整視角，選取物體bend的外端面。點(diǎn)擊拉伸工具：（Objects->Extrude）輸入拉伸高度10，命名，確定。此處拉伸高度5-15均可，為使運(yùn)行速度加快，并使拉伸相對(duì)明顯，此處選取拉伸高度為10。 按題目所給條件，再延長(zhǎng)15mm。 再將各部分合為一體，選定對(duì)稱(chēng)面，利用鏡面復(fù)制，得到完整模型。至此，整個(gè)建模工作完成。2. 求解設(shè)置頻

6、率范圍：（Solve->Frequency）為保證精度，最高頻率一般應(yīng)該設(shè)為工作頻率的1.3倍。此模型是6.23*1.3=8.099，故將上頻（Fmax）和下頻（Fmin ）分別設(shè)置為8.5、4。設(shè)置邊界條件：（Solve->Boundary Conditions ），因模板設(shè)定所有的邊界都是電邊界（electric），相當(dāng)于周?chē)际荘EC金屬壁，故此處不做變動(dòng)。設(shè)置對(duì)稱(chēng)面：（Solve->Boundary Conditions ->Symmetry Planes）因?yàn)殡娏€都垂直于XZ平面，XZ平面相當(dāng)于電壁，故可以在XZ平面設(shè)置電壁（electric(Et=0)以降

7、低一半的網(wǎng)格數(shù)目。設(shè)置波導(dǎo)端口：（Solve->Waveguide Ports ）選中端口的面，點(diǎn)擊；同理再選中另一面端口。彈出窗口直接確認(rèn)。設(shè)置求解器：（Solve->Transient Solver）直接保持原有設(shè)置，開(kāi)始求解（Start solver）。四、 測(cè)量結(jié)果及分析1. 端口信號(hào)雙擊NT的1D Results，將其展開(kāi)，點(diǎn)擊Port signals，在主視圖可看到端口信號(hào)圖。2. S參數(shù)S1,1S1,2S2,1S2,23. Energy4. E fieldNT->2D/3D Results ->E-Field->e-filed，可觀察電場(chǎng)分布（觀察磁場(chǎng)分布同理）。5. H field五、 實(shí)驗(yàn)心得在本次實(shí)驗(yàn)中，我們利用CST_NWS軟件實(shí)現(xiàn)了拐彎及變形圓波導(dǎo)的模擬及仿真，對(duì)在微波技術(shù)基礎(chǔ)中學(xué)到的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更深層次的探討，讓我們可以將理論與實(shí)際相結(jié)合，對(duì)微波中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有了更全面的了解。在實(shí)驗(yàn)中我們了解到，CST MWS微波工作室除了主要的時(shí)域求解器模塊外，還為某些特殊應(yīng)用提供本征模