13.8 HFSS諧振腔設(shè)計(jì)之結(jié)果分析

    仿真計(jì)算完成后，通過(guò)HFSS 的數(shù)據(jù)后處理部分我們來(lái)查看以下分析結(jié)果：腔體的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)Q，腔體內(nèi)場(chǎng)的分布。

    13.8.1 諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)Q

    右鍵單擊工程樹下的 Results 節(jié)點(diǎn)，從彈出菜單中選擇【Solution Data】命令，打開求解結(jié)果顯示窗口，單擊窗口中的 Eigenmode Data 選項(xiàng)卡，查看模式 1 和模式 2 的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)Q，如圖 13.14 所示。

圖13.14 諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)計(jì)算結(jié)果

    從圖13.14 中可以看出，HFSS 計(jì)算出的圓形諧振腔體的模式1（即TM010模）的諧振頻率為7.76035GHz，品質(zhì)因數(shù)Q = 7893.6 ；模式2（即TE111模）的諧振頻率為11.6411GHz，品質(zhì)因數(shù)Q = 9027.67 。

    說(shuō)明： 細(xì)心的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)在圖13.14 所示的結(jié)果窗口中，頻率是一個(gè)復(fù)數(shù)，這是為什么呢？

    我們知道，在 Maxwell 方程組里面，當(dāng)介電常數(shù)只有實(shí)部時(shí)，對(duì)應(yīng)的波常數(shù)只是一個(gè)純虛數(shù)；但是如果考慮到介質(zhì)損耗時(shí)，介電常數(shù)成為一個(gè)復(fù)數(shù)，這個(gè)時(shí)候計(jì)算得到的波常數(shù)也就有實(shí)部和虛部，波常數(shù)和頻率直接相關(guān)，因此計(jì)算得到的頻率也具有虛部和實(shí)部。HFSS 中諧振頻率的實(shí)部就是我們通常所說(shuō)的諧振頻率，而諧振頻率的虛部和各種損耗相關(guān)。

    另外，既然諧振頻率虛部和各種損耗相關(guān)，當(dāng)介質(zhì)材料的損耗正切等于零，并使用理想導(dǎo)體邊界條件時(shí)，諧振頻率的虛部就會(huì)等于零。此時(shí)，對(duì)話框中的諧振頻率只顯示實(shí)部；同時(shí)，對(duì)話框中也不顯示品質(zhì)因數(shù) Q。

    13.8.2 腔體內(nèi)部電磁場(chǎng)的分布

    繪制出腔體的垂直截面和橫截面上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布圖。垂直截面直接選取yz 面，橫截面選取在諧振腔體的中間位置，即z = 7.5mm 的xy 面。

    1．創(chuàng)建非實(shí)體平面 在 z = 7.5mm 位置創(chuàng)建一個(gè)平行于 xy 面的非實(shí)體平面，用于繪制腔體在該平面上的電場(chǎng) 和磁場(chǎng)的分布，創(chuàng)建非實(shí)體平面不會(huì)影響 HFSS 的分析結(jié)果。

     （1）從主菜單欄選擇【Draw】→【Plane】，或者單擊工具欄的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建非實(shí)體平面的狀態(tài)。

    （2）在狀態(tài)欄 X、Y、Z 項(xiàng)對(duì)應(yīng)的文本框中分別輸入 0、0、7.5，單擊回車鍵，確定非實(shí)體面的位置；然后在狀態(tài)欄 dX、dY、dZ 項(xiàng)對(duì)應(yīng)的文本框中分別輸入 0、0、1，再次單擊回車鍵，確定非實(shí)體平面的法向是沿著z 軸的正方向。 

    （3）此時(shí)，即在z = 7.5mm 位置處創(chuàng)建了一個(gè)平行于xy 面的非實(shí)體面。創(chuàng)建好的非實(shí)體面默認(rèn)名稱為 Plane1，該名稱同時(shí)會(huì)自動(dòng)添加到操作歷史樹 Planes 節(jié)點(diǎn)下。

    （4）單擊操作歷史樹 Planes 節(jié)點(diǎn)下的 Plane1，選中該非實(shí)體面，如圖 13.15 所示。

圖 13.15 定義的非實(shí)體面

    2．繪制模式 1 的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布

    根據(jù)本章開始時(shí)的理論分析可知，該圓形諧振腔體中模式1 為TM010模，下面來(lái)繪制模式1 在yz 面和Plane1 面上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布。

    （1）單擊選中操作歷史樹 Planes 節(jié)點(diǎn)下的平面 Plane1。

    （2）右鍵單擊工程樹下的 Field Overlay 節(jié)點(diǎn)，從彈出菜單中選擇【Plot Fields】→【E】 →【Mag_E】，打開如圖 13.16 所示的 Create Field Plot 對(duì)話框。

圖 13.16 Create Field Plot 對(duì)話框

    （3）直接單擊對(duì)話框中的按鈕，繪制出模式1在腔體橫截面（Plane1 平面）上的電場(chǎng)分布，如圖 13.18（a）所示。

    （4）右鍵單擊工程樹下的Field Overlay 節(jié)點(diǎn)，在彈出菜單中選擇【Plot Fields】→【H】→【Mag_H】，打開如圖 13.17 所示的Create Field Plot 對(duì)話框。 

圖 13.17 Create Field Plot 對(duì)話框

    （5）直接單擊對(duì)話框中的按鈕，繪制出模式 1 在腔體橫截面（Plane1 平面）上的磁場(chǎng)分布，如圖 13.18（b）所示。

圖 13.18 模式1在腔體橫截面上的場(chǎng)分布

    （6）單擊選中操作歷史樹 Planes 節(jié)點(diǎn)下的平面 Global:YZ。

    （7）重復(fù)步驟（2）～ 步驟（5），繪制出模式 1 在腔體垂直截面（yz 面）上的電場(chǎng)和磁 場(chǎng)分布，分別如圖 13.19（a）和圖 13.19（b）所示。

圖 13.19  模式1在腔體垂直截面上的場(chǎng)分布 

    3．繪制模式2 的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布

    根據(jù)最初的理論分析可知，該圓形諧振腔體中模式2 為TE111模，下面來(lái)繪制模式2 在yz 面和Plane1 面上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布。因?yàn)樵诶L制場(chǎng)分布時(shí)，HFSS 默認(rèn)繪制的是模式 1 的 場(chǎng)分布，所以在繪制模式2 的場(chǎng)分布時(shí)，首先需要把諧振源設(shè)置為模式2。

    （1）右鍵單擊工程樹下的 Field Overlay 節(jié)點(diǎn)，從彈出菜單中選擇【Edit Sources】命令， 打開如圖 13.20 所示的 Edit Sources 對(duì)話框。在該對(duì)話框中，把 EigenMode_1 對(duì)應(yīng)的 Scaling Factor 由 1 改為 0，把EigenMode_2 對(duì)應(yīng)的 Scaling Factor 由 0 改為1。這樣即將諧振源設(shè)置為模式2，然后單擊對(duì)話框的按鈕，完成設(shè)置，退出對(duì)話框。

圖 13.20 Edit Source 對(duì)話框 圖 13.21 腔體模式 2 的電磁場(chǎng)分布

    （2）此時(shí)，前面繪制的模式1下的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布都會(huì)自動(dòng)更新為模式2下的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布。模式2 在腔體橫截面（Plane1 平面）上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布分別如圖 13.21（a）和圖13.21（b）所示，模式2 在腔體垂直截面（yz 面）上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布分別如圖13.21 （c）和圖13.21（d）所示。  


圖13.21  腔體模式2 的電磁場(chǎng)分布