基于Ansoft HFSS的矩形波导可视化教学

龚 克，袁迎春

(1.信阳师范学院物理电子工程学院，河南 信阳 464000;2.南京信息职业技术学院电子信息学院，江苏 南京 210046)

0 引言

“微波技术基础”是电子类本科专业的一门重要技术基础课，主要讨论电磁场的导行传输、辐射传输及其相关工程问题。课程涉及到分布参数电路理论、场的理论和微波网络理论。新概念多而且抽象，运用数学知识比较多，同时工程性强，使得初学者很难理解课程理论知识，更难以掌握相关的技术方法。

造成该课程学习困难的另一个重要原因是，学生对微波技术中抽象的物理现象感性认识不足。而现在Matlab等科学计算软件已运用到课程的可视化教学和仿真实验教学之中[1，2]，通过图示将抽象的概念和理论直观化和形象化，取得了较好的课堂教学效果。近年来，随着计算电磁学的快速发展，涌现出多种商用电磁仿真软件，如HFSS和CST等，为微波技术的可视化教学提供了便捷的工具。基于CST的偶极子天线虚拟实验直观给出了天线电流分布、空间电磁场分布、辐射方向性图等[3]，有利于学生形象感性地理解和掌握微波技术中的电磁场辐射特性。

Ansoft公司开发的仿真软件HFSS的一款基于有限元方法的三维电磁仿真软件，能够全波分析求解任意形状三维无源结构的电磁特性，同时具有功能强大的数据后处理能力，已经广泛应用于航空、航天、电子、半导体及通信等诸多领域[4]。在电磁场与微波技术的教学环节中，HFSS在天线的实践教学和图示化教学过程中得到了较好的应用，模拟得到天线的电磁辐射特性并实现了结果的可视化，增强了学生对相关电磁现象的认知能力，同时加深了对理论知识的理解和掌握[5，6]。……