HFSS谐振腔体分析

内容概述

主要通过一个圆柱形介质谐振腔的分析设计实例，详细讲解如何使用HFSS中的本征模求解器分析设计谐振腔体一类的问题。学习中需要重点关注使用本征模求解器时，模式数的概念，以及在分析多个模式时，如何查看各个模式的谐振频率、品质因数和场分布。

圆柱形腔体谐振器简介

微波腔体谐振器是由导体制成的封闭的空腔，电磁波在其中连续反射，如果模式和频率合适，就会产生驻波，即发生谐振现象。

微波谐振器的主要参数由两个：谐振频率或谐振波长和品质因数Q。

使用HFSS分析圆形腔体谐振器，由理论分析可知，当圆柱形腔体长度等于半径，即时，是最低次模，是次低次模，且二者的谐振波长分别为：

；

模的谐振波长与腔体长度无关，无法利用调节谐振腔长度的方法进行调谐，但在圆柱轴线方向引入一段细圆柱形导体或细圆柱形介质，可以使模场的分布发生变化，通过改变细圆柱形导体/介质的长度，可以实现谐振腔的调谐。

HFSS设计概述

使用HFSS分析设计一个圆形腔体谐振器，腔体的长度和截面半径都为15mm，腔体的外壁材质是厚度为1mm的金属率。根据上面的公式可以计算出谐振腔模和模波长和频率的理论值分别为：

首先我们在HFSS中创建该腔体模型，仿真计算出模和模谐振频率的实际值和品质因数Q值，并查看模和模的场分布；

然后再圆形谐振腔体内部添加一个半径为5mm的介质圆柱，使用HFSS的参数扫描功能，分析介质圆柱的高度对模和模谐振频率的影响

HFSS设计步骤和设计流程

新建工程并设置求解类型

对于谐振腔体问题的分析，需要选择本征模求解类型

腔体建模和边界条件设置

创建一个地面圆心位于坐标原点，地面半径为15mm，高度为15mm的圆柱体模型，作为圆形谐振腔体，命名为Cavity。

圆形腔体的外壁材料是厚度1mm的金属铝，在HFSS中可以通过给腔体外壁分配有限导体边界条件来实现

在HFSS中，使用本征模求解类型的问题，都不需要设置端口激励。因此，本例中无需设置立即

求解设置

最小求解频率为3GHz，最大迭代次数为20次，收敛误差为2.5%，求解的模式数为2

设计检查和运行仿真分析

查看结果分析

谐振频率和品质因素Q

腔体内部模和模电场和磁场的分布

参数扫描分析

在腔体内部添加一个细介质圆柱，介质圆柱的横截面半径为5mm，通过改变介质圆柱的高度来改变腔体的谐振频率，使用HFSS的参数扫描功能来分析腔体的谐振频率和介质圆柱高度之间的关系。