13.2 HFSS諧振腔體分析之HFSS設(shè)計(jì)概述

    本章使用 HFSS 分析設(shè)計(jì)一個(gè)圓形腔體諧振器，腔體的長度和截面半徑都為15mm，腔體的外壁材質(zhì)是厚度為1mm 的金屬鋁（aluminum）。根據(jù)式（13-1-1）和式（13-1-2）可以計(jì)算出該諧振腔 TM010模和 TE111模波長的理論值分別為39.3mm 和25.88mm。從而進(jìn)一步計(jì)算出該諧振腔TM010模和TE111模諧振頻率的理論值分別為7.634GHz和11.592GHz 。

    我們首先在 HFSS 中創(chuàng)建該腔體模型，然后仿真計(jì)算出 TM010模和 TE111模諧振頻率的實(shí)際值和品質(zhì)因數(shù)Q 值，并查看TM010模和 TE111模的場分布；然后在圓形諧振腔體內(nèi)部添加一個(gè)半徑為5mm 的介質(zhì)圓柱，使用 HFSS 的參數(shù)掃描分析功能，分析介質(zhì)圓柱的高度對(duì)TM010 模和 TE111模諧振頻率的影響。

    13.2.1 HFSS 建模和求解簡介

    在HFSS 中，對(duì)于諧振腔體的分析設(shè)計(jì)，需要選擇本征模求解類型。圓形腔體諧振器的模型如圖13.4 所示。外側(cè)的大圓柱模型是圓形諧振腔模型，其高度和截面半徑皆為15mm； 內(nèi)側(cè)的小圓柱模型是調(diào)諧介質(zhì)，用于改變諧振腔的諧振頻率，其截面半徑為5mm，高度使用設(shè)計(jì)變量 Height 代替，介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為10.2，損耗正切為0.0035。

    因?yàn)椴捎帽菊髂Ｇ蠼�，所以不需要設(shè)置激勵(lì)端口。1mm 厚的腔體金屬鋁外壁在HFSS 中可以通過給腔體模型外壁分配有限導(dǎo)體邊界條件來實(shí)現(xiàn)。

    從前面的理論計(jì)算可知，該圓形空腔的最低次模諧振頻率在7.634GHz 左右；所以在設(shè)置本征模求解的最小頻率時(shí)，該求解頻率只要小于7.6GHz 即可。但是，為了給后面的參數(shù) 掃描分析留有足夠的余量，這里本征模求解的最小頻率設(shè)置為3GHz。

    在設(shè)計(jì)分析時(shí)，首先不創(chuàng)建介質(zhì)圓柱體模型，只分析空腔時(shí)腔體內(nèi)兩個(gè)最低次模式的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù) Q 和場分布。分析完成后，在腔體內(nèi)部創(chuàng)建半徑為5mm，高度用變量Height表示的介質(zhì)圓柱體，并添加變量 Height 為掃描變量，然后使用 HFSS 的參數(shù)掃描分析功能，分析圓形諧振腔兩個(gè)最低次模的諧振頻率隨著介質(zhì)圓柱體高度的變化關(guān)系。

圖 13.4 圓形腔體諧振器模型

    13.2.2 HFSS 設(shè)計(jì)環(huán)境概述

    >> 求解類型：本征模求解

   >> 模型原型：圓柱體

   >> 邊界條件：有限導(dǎo)體邊界

   >> 求解設(shè)置：最小頻率為3GHz

   >> 后處理：諧振頻率、品質(zhì)因數(shù) Q、場分布圖

   >> Optimetrics：參數(shù)掃描分析