平面波的仿真（HFSS+Matlab）

平面波知识点

等相位面是平面的电磁波称为平面波。横电磁波（TEM波）是一种特殊的平面波，传播方向S、电场方向E、磁场方向H三者之间相互正交。

利用HFSS仿真平面波

新建项目并添加新设计

点击 在新建项目中加入一个新设计

选择一种求解方式

在HFSS菜单下点击Solution Type选项，在弹出对话框中选中Driven Modal项。

设置设计时使用的长度单位

在Modeler菜单下点击Units选项，选择长度单位
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/8a1ca2963ce149e896ea596d5cfb2712.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s,shadow_50,text_Q1NETiBA6KaB5ZCD6IKJ6IKJ77-9,size_4,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

建立模型

- 绘制一个长方体，随便确定三个点之后便会弹出属性对话框，设置长方体的基坐标等，参数如图。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/08029ca7447f4830af02a04be140271c.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s,shadow_50,text_Q1NETiBA6KaB5ZCD6IKJ6IKJ77-9,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)使用Ctrl+D可以调整适合的大小，便于在工作区域观察整个模型。
- 选中整个模型并双击，在左下角会出现属性窗口，在此处可以设置当前选中物体模型属性，双击Transparents将透明度调整为0.8。

设置边界条件和激励源

• 在上述步骤中创建的是矩形空心空气盒，需要对各个面进行设置。在主菜单中选择面操作。

• 选中长方体的顶面和底面将其设为Perfect E，在选中长方体的两个侧面设为Perfect H
  
  

  • 指定电磁场的输入或输出端口的设置。
    将这一长方体看成一段传输线，设置长方体的末端为端口面。
    
    此时会自动弹出对话框，接收默认值。进入下一页设置积分线，点击积分线下的None选项下拉选择New Line,在工作区的右下角设置参数。输入起始点坐标（0，0，0）设置好后按下回车，输入（0，0，10.16）即设置好一个端口，类似再设置另一端口。

    另一端口即起始点（0，180，0），变量（0，0，10.16）。

    积分线即表示在端口面处的电场方向。

设置求解条件

• 在Project工作区选中Analysis项，右击弹出属性对话框
  
  设置属性参数如下：
  设置好求解条件后，检查一下HFSS前期工作是否完成

  如出现如下情况即可进行求解。
  

观察仿真结果

• 观察电磁场的分布
  观察工作频率为3GHz的矢量电场分布：
  得到3GHz工作频率的矢量电场分布如图：

  
  

同理，得到3GHz时矢量磁场分布如下：
其中，红色表示强度比较大；蓝色表示强度比较小。

• 观察三维场分布动画
  

利用Matlab仿真平面波

从网上找到Matlab仿真程序，原链接：http://blog.sina.com.cn/s/blog_bb81c2230102wx9a.html

%本程序用来模拟平面电磁波在空间中的传播
%假设电磁波沿着X轴正向传播，电场具有Z方向的分量Ez，磁场具有Y方向上的分量Hy
%由于程序中的电场分量与磁场分量均与两个参数-时间和坐标有关，因此为了使
%两个参数的变化对电磁场分量值的影响产生明显改变，将时间的单位设为纳秒
%反映电磁场性质的其他参数均设为常数，即自由空间中的值
clear
close all
u0=4*pi*1e-7;          %自由空间中的磁导率
e0=1e-9/(36*pi);       %自由空间中的电介质常数
Z0=(u0/e0)^0.5;        %自由空间中的波阻抗
f=1e8;                 %电磁波的频率
w=2*pi*f;             
k=w*(u0*e0)^0.5;       %波数
phi_E=0;               %初始相位设为0
phi_H=0;
EE=20;                  %电场幅度
HH=EE/Z0;
x=0:0.1:20;            %传播方向上的采样点
m0=zeros(size(x));
gifname='mag_motion.gif';
figure
for t=0:1:100           %为了消除波数与频率之间的数量级带来的影响，时间单位为ns
    Ez=EE*cos(k*x-w*t*1e-9+phi_E);  %电场强度值
    Hy=HH*cos(k*x-w*t*1e-9+phi_H);  %磁场强度
    plot3(x,m0,Ez,'b','LineWidth',2);  %绘制电场传播曲线
    hold on
    plot3(x,Hy,m0,'r','LineWidth',2);  %绘制磁场传播曲线
    hold off
    xlabel('传播方向')
    ylabel('磁场Hy')
    zlabel('电场Ez') 
    title(['平面电磁波传播示意图','t=',num2str(t),'ns'],'fontsize',14)
    set(gca,'fontsize',12)
    drawnow
    frame=getframe(1);%获取当前图像
    im=frame2im(frame);
    [imind,cm]=rgb2ind(im,500);%格式转换
    if t==0;
        imwrite(imind,cm,gifname,'gif');%创建一个gif文件
    else
        imwrite(imind,cm,gifname,'gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1);
        %向gif文件中添加一张图片
    end
%  end
end

得到动态仿真动画如下：

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嘿嘿嘿~ 来csdn很久了，第一次发文记录,很多操作都还不熟练 以后会越来越好丫~ 感谢大家的支持