13.8 HFSS諧振腔設計之結果分析

    仿真計算完成后，通過HFSS 的數據后處理部分我們來查看以下分析結果：腔體的諧振頻率和品質因數Q，腔體內場的分布。

    13.8.1 諧振頻率和品質因數Q

    右鍵單擊工程樹下的 Results 節點，從彈出菜單中選擇【Solution Data】命令，打開求解結果顯示窗口，單擊窗口中的 Eigenmode Data 選項卡，查看模式 1 和模式 2 的諧振頻率和品質因數Q，如圖 13.14 所示。

圖13.14 諧振頻率和品質因數計算結果

    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，品質因數Q = 7893.6 ；模式2（即TE111模）的諧振頻率為11.6411GHz，品質因數Q = 9027.67 。

    說明： 細心的讀者會發現在圖13.14 所示的結果窗口中，頻率是一個復數，這是為什么呢？

    我們知道，在 Maxwell 方程組里面，當介電常數只有實部時，對應的波常數只是一個純虛數；但是如果考慮到介質損耗時，介電常數成為一個復數，這個時候計算得到的波常數也就有實部和虛部，波常數和頻率直接相關，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。

    另外，既然諧振頻率虛部和各種損耗相關，當介質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因數 Q。

    13.8.2 腔體內部電磁場的分布

    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．創建非實體平面 在 z = 7.5mm 位置創建一個平行于 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，創建非實體平面不會影響 HFSS 的分析結果。

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

    （2）在狀態欄 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 位置處創建了一個平行于xy 面的非實體面。創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 節點下。

    （4）單擊操作歷史樹 Planes 節點下的 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 節點下的平面 Plane1。

    （2）右鍵單擊工程樹下的 Field Overlay 節點，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