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13.8 HFSS諧振腔設計之結(jié)果分析

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    仿真計算完成后,通過HFSS 的數(shù)據(jù)后處理部分我們來查看以下分析結(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,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)計算結(jié)果

    從圖13.14 中可以看出,HFSS 計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 。

    說明: 細心的讀者會發(fā)現(xiàn)在圖13.14 所示的結(jié)果窗口中,頻率是一個復數(shù),這是為什么呢?

    我們知道,在 Maxwell 方程組里面,當介電常數(shù)只有實部時,對應的波常數(shù)只是一個純虛數(shù);但是如果考慮到介質(zhì)損耗時,介電常數(shù)成為一個復數(shù),這個時候計算得到的波常數(shù)也就有實部和虛部,波常數(shù)和頻率直接相關(guān),因此計算得到的頻率也具有虛部和實部。HFSS 中諧振頻率的實部就是我們通常所說的諧振頻率,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),當介質(zhì)材料的損耗正切等于零,并使用理想導體邊界條件時,諧振頻率的虛部就會等于零。此時,對話框中的諧振頻率只顯示實部;同時,對話框中也不顯示品質(zhì)因數(shù) Q。

    13.8.2 腔體內(nèi)部電磁場的分布

    繪制出腔體的垂直截面和橫截面上的電場和磁場的分布圖。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)建非實體平面 在 z = 7.5mm 位置創(chuàng)建一個平行于 xy 面的非實體平面,用于繪制腔體在該平面上的電場 和磁場的分布,創(chuàng)建非實體平面不會影響 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,進入創(chuàng)建非實體平面的狀態(tài)。

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

    (3)此時,即在z = 7.5mm 位置處創(chuàng)建了一個平行于xy 面的非實體面。創(chuàng)建好的非實體面默認名稱為 Plane1,該名稱同時會自動添加到操作歷史樹 Planes 節(jié)點下。

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


圖 13.15 定義的非實體面

    2.繪制模式 1 的電場和磁場分布

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

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

    (2)右鍵單擊工程樹下的 Field Overlay 節(jié)點,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 對話框。


圖 13.16 Create Field Plot 對話框

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

    (4)右鍵單擊工程樹下的Field Overlay 節(jié)點,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 對話框。 


圖 13.17 Create Field Plot 對話框

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


圖 13.18 模式1在腔體橫截面上的場分布

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

    (7)重復步驟(2)~ 步驟(5),繪制出模式 1 在腔體垂直截面(yz 面)上的電場和磁 場分布,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分布 

    3.繪制模式2 的電場和磁場分布

    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,下面來繪制模式2 在yz 面和Plane1 面上的電場和磁場分布。因為在繪制場分布時,HFSS 默認繪制的是模式 1 的 場分布,所以在繪制模式2 的場分布時,首先需要把諧振源設置為模式2。

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


圖 13.20 Edit Source 對話框 圖 13.21 腔體模式 2 的電磁場分布

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



圖13.21  腔體模式2 的電磁場分布