開口諧振環(huán)磁響應(yīng)分析doc

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 開口諧振環(huán)磁響應(yīng)分析 系 別 信息工程系專業(yè)名稱 通信工程班級(jí)學(xué)號(hào) 088204124學(xué)生姓名 OOO111指導(dǎo)教師 YKK二O 一二 年 六 月 開口諧振環(huán)磁響應(yīng)分析姓名： 班級(jí)：088204224 指導(dǎo)老師：摘要：開口諧振單環(huán)(Split Single Ring Resonators ，簡(jiǎn)記SSRRs)和開口諧振環(huán)(SRRs)一樣可以激勵(lì)磁諧振，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)的磁導(dǎo)率。提出在SSRRs 結(jié)構(gòu)中引入平行于其開口邊的金屬線的方法設(shè)計(jì)了新的磁諧振單元，研究了金屬線的引入對(duì)諧振頻率以及負(fù)磁導(dǎo)率特性的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：隨著金屬線長(zhǎng)度l 的增加，SSRRs 的諧振頻率隨之減

2、小；隨著金屬線與開口邊的間距d 的增加，SSRRs 的諧振頻率隨之增加。金屬線的加入不會(huì)對(duì)SSRRs 的負(fù)磁導(dǎo)率特性產(chǎn)生重要影響，改變金屬線的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn) 0頻段的調(diào)控。所提出的新的磁諧振單元對(duì)于新型負(fù)磁導(dǎo)率材料和新型左手材料的設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義，也為新型無線通信材料的實(shí)現(xiàn)提供了可能近幾年來，負(fù)折射率材料由于其獨(dú)特新穎的物理性質(zhì)和誘人的應(yīng)用前景而獲得了國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并已成為當(dāng)前國(guó)際電磁學(xué)界和光電子學(xué)界非常前沿和熱門的研究領(lǐng)域之一。異向介質(zhì)是本世紀(jì)初物理學(xué)和電磁學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)，它是等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)數(shù)的人造介質(zhì)。異向介質(zhì)的研究突破了傳統(tǒng)電磁場(chǎng)理論中的一些重要概念，它的

3、深入研究成果將在許多領(lǐng)域有重大的應(yīng)用。異向介質(zhì)的研究是物理學(xué)和電磁學(xué)最前沿的課題之一。本文 設(shè)計(jì)制作了金屬諧振環(huán)的組合結(jié)構(gòu)，研究了電磁波在這種結(jié)構(gòu)中的傳輸特性特。并在一定的頻率范圍內(nèi)，介質(zhì)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)數(shù)。【關(guān)鍵詞開口諧振環(huán) 開口諧振單環(huán) 負(fù)磁導(dǎo)率 負(fù)介電常數(shù) 指導(dǎo)老師簽名：學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法

4、律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：Ring resonators magnetic response analysisStudent name：li dapeng Class: 088204124Supervisor: Xu XinheAbstract: Both

5、 the Split Single Ring Resonators (SSRRs) and Split Ring Resonators (SRRs) can be used asa negative permeability medium near its magnetic resonance frequency. A new design for magnetic resonancestructures has been proposed by introducing a metal wire into the common SSRRs. The effects of metal wire

6、on thetransmission characteristics of SSRRs are numerically investigated. The results show that the resonance frequencyof SSRRs decreases with the length of metal wire. The metal wire has no significant influence on the negativepermeability of SSRRs. It is also proved that negative permeability coul

7、d be tuned by controlling the distancebetween the metal wire and SSRRs. The new magnetic resonance structures proposed in this paper are of great practicalvalues in designing new kinds of negative permeability materials and left-handed materials and make the new wireless communication materials prac

8、ticable.In recent year，negative-refractive-index metamaterials (NIMs) have received muchattention by the internationalworld due to their unique properties and alluring applications, which is one of the front and hot focuses both for electromagnetic and optical- research. Composite meta-material，whic

9、h has both negative permeability and permittivity simultaneously within some frequency ranges，is a great discovery on Physics and Electromagnetism in this century. There have been breakthroughs in classical electromagnetic concepts through the study of the meta-material. The in-depth research result

10、s can be applied to many fields in the future. Composite meta-material is one of the frontiers of Physics and Electromagnetism in the past few years. Keyword：Split Ring Resonators Single Split Ring Resonators negative permeability negative permittivitySignature of Supervisor:目錄第一章 緒論11.1選題背景及意義11.2

11、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)11.3 本課題研究目標(biāo)及主要內(nèi)容21.4 本章小結(jié)3第二章 高頻仿真軟件的分析42.1 仿真軟件的選擇42.2 HFSS仿真軟件的應(yīng)用52.3 本章小結(jié)6第三章 開口諧振環(huán)電磁特性基本原理73.1 平面電磁波在常規(guī)介質(zhì)中的傳播73.2 電磁波在異向介質(zhì)中的傳播7第四章 矩形波導(dǎo)場(chǎng)分布的HFSS實(shí)現(xiàn)94.1 建立矩形波導(dǎo)的模型94.11 運(yùn)行HFSS并新建工程94.12 創(chuàng)建空氣盒子134.13 設(shè)置求解頻率174.2 運(yùn)行184.3 本章小結(jié)23第五章 matlab仿真結(jié)果及其分析255.1 matlab軟件的簡(jiǎn)單介紹255.2 matlab仿真程序255.3 mat

12、la仿真結(jié)果26第六章 小結(jié)與展望286.1 工作總結(jié)286.2 工作展望28參考文獻(xiàn)29致 謝30第一章 緒論1.1選題背景及意義根據(jù)經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，電磁波在媒質(zhì)中的傳播特點(diǎn)主要有媒質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率所決定。因?yàn)殡姶挪ㄔ跓o源區(qū)域傳播時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度必須滿足波動(dòng)方程。因此，研究電磁波的傳播規(guī)律其實(shí)就是研究媒質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率這兩個(gè)參數(shù)時(shí)間，空間及頻率的變化規(guī)律。自然界的大多數(shù)物質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為正數(shù)，當(dāng)然也有一些物質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率為負(fù)數(shù)，如等離子體，當(dāng)入射電磁波的頻率低于等離子體的頻率時(shí)，等離子體的等效介電常數(shù)為負(fù)數(shù)。自然界物質(zhì)之中還沒有發(fā)現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)數(shù)的媒質(zhì)

13、，近幾年出現(xiàn)了一種用金屬絲和金屬諧振環(huán)組合而成的人造媒介，其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率在一定的頻率范圍內(nèi)同時(shí)為負(fù)數(shù)。 介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是描述均勻媒質(zhì)中電磁場(chǎng)性質(zhì)的最基本的兩個(gè)物理量.對(duì)于一般電介質(zhì)而言，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都是非負(fù)的常數(shù).由麥克斯韋方程可知，在和都為i1:值的物質(zhì)中，電場(chǎng)、磁場(chǎng)和波矢二者構(gòu)成右手關(guān)系，我們稱這樣的物質(zhì)為右手性介質(zhì)(night-handed materials, RHM ) . 1968年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家vesel雌。iV eselago在理論上研究了介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為負(fù)值的物質(zhì)的電磁學(xué)性質(zhì)，他發(fā)現(xiàn)與常規(guī)材料(RH M)不同的是:當(dāng)和都為負(fù)值時(shí)，電場(chǎng)、磁場(chǎng)和波矢之間構(gòu)

14、成左手關(guān)系，他稱這種假想的物質(zhì)為左手性介質(zhì)(left-handed martenials, LHM).他還指出，左手性介質(zhì)中電磁波的行為與在右手性介質(zhì)中有很大的不同，比如光的負(fù)折射，負(fù)的切連科夫效應(yīng)，反多普勒效應(yīng)等等.盡竹左手性介質(zhì)有很多新奇的性質(zhì)，但自然界中并不存在實(shí)際的左手性物質(zhì)，因此他的研究只是停留在理論上，并目在隨后的30年單沒有得到太大的重視.直到1999年，由于Penclry z等人預(yù)言利用某種特定的人造復(fù)合材料可以制作出在某一頻率區(qū)間滿足p0的物質(zhì)，而目將這種材料與介電常數(shù) 0的物質(zhì)(比如金屬線陣列)組合起來就能夠制造出左手性材料3al，因此人們才對(duì)這種材料投入了更多的興趣. 2

15、001年，加州大學(xué)San Diego ( University of Cali-forma at San Diego, U CSD)分校的Smithy等物理學(xué)家根據(jù)Penclrv等人的建議，利用以銅為卞的復(fù)合材料首次制造出在微波波段具有負(fù)介電常數(shù)、負(fù)磁導(dǎo)率的物質(zhì)L”一川，證明了左手性介質(zhì)的存在.本文就電磁波在這種媒質(zhì)中的傳播特點(diǎn)進(jìn)行深入的理論分析，并討論這種媒質(zhì)與常規(guī)媒質(zhì)的分界面對(duì)電磁波傳播的影響。1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì) 1968年, 前蘇聯(lián)物理學(xué)家Veselago 指出, 當(dāng)某種介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值時(shí), 仍然滿足麥克斯韋方程組, 將顯現(xiàn)出一系列反常的電磁特性1, 其中包

16、括后向波特性(相速與群方向相反),負(fù)折射效應(yīng)(介質(zhì)的折射系數(shù)為負(fù))、逆多普勒效應(yīng)及逆契倫科夫效應(yīng)。然而, 由自然界并沒有發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì), 其研究一直處于停滯不前的狀態(tài), 直到Pendry 分別于1996 年和1997 年指出: 一定條件下均勻排布的細(xì)金屬線可以表現(xiàn)負(fù)的介電常數(shù)2以及裂環(huán)諧振子結(jié)構(gòu)(SRR)可產(chǎn)生負(fù)的磁導(dǎo)率3, 異向介質(zhì)的研究才引起人們的注意。2000 Smith 基于Pendry的研究結(jié)果, 通過將細(xì)導(dǎo)線陣列與SRRs(split rings resonators)陣列合理布局, 制造出了第一塊人工異向介質(zhì)4, 從此異向介質(zhì)的研究才進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性階段。然而上述的異向介質(zhì)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)

17、雜、帶寬窄、損耗大以及體積大等一系列問題, 使其受到很大制約。針對(duì)這樣的問題, 許多學(xué)者在新型異向介質(zhì)設(shè)計(jì)方面展開研究。目前, 已有多種結(jié)構(gòu)的異向介質(zhì)被設(shè)計(jì)、制造出來, 主要可以分為兩大類: 傳輸線型及粒子型, 其中包括Smith 等最先提出的SRR 結(jié)構(gòu)和交指電容式傳輸線型5等。上述異向介質(zhì)在性能上都有各自的優(yōu)點(diǎn), 某些異向介質(zhì)的部分電磁性能甚至已經(jīng)非常完善, 然而, 這里仍然存在一些問題: 對(duì)異向介質(zhì)設(shè)計(jì)而言, 不但要求頻帶寬、損耗小, 還要求其結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單便于制造、單元體積要小, 而現(xiàn)有的異向介質(zhì)幾乎都無法同時(shí)滿足這些要求。現(xiàn)有的異向介質(zhì)單元電尺寸在0.120.16 波長(zhǎng)之間, 均超過了有

18、效媒質(zhì)理論0.1 波長(zhǎng)的要求, 由其構(gòu)成的異向介質(zhì)將面臨一系列問題, 如各向異性、折射性能下降等6, 同時(shí)還不便于將其作為填充或涂敷材料應(yīng)用7。2010年，龔建強(qiáng)等人提出了一種基于TE10矩形波導(dǎo)的異向介質(zhì)有效本構(gòu)參數(shù)提取算法，隨著元胞數(shù)目的增加，異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)中趨于單模傳輸，使得提取出的本構(gòu)參數(shù)也趨于穩(wěn)定和收斂。2010年，Smith引入了Bloch (布洛克)介電常數(shù)和Bloch磁導(dǎo)率的概念，分析異向介質(zhì)的電諧振和磁諧振之間的耦合情 1.3 本課題研究目標(biāo)及主要內(nèi)容1、研究目標(biāo)該課題是在HFSS的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與仿真，通過在HFSS平臺(tái)上對(duì)波導(dǎo)的長(zhǎng)度、主模工作頻率等的設(shè)置來設(shè)計(jì)出要求所

19、需的波導(dǎo)。并在HFSS平臺(tái)上進(jìn)行仿真，然后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，通過Matlab軟件在進(jìn)行仿真，仿真出介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的圖形。 2、主要內(nèi)容磁學(xué)的早期即由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了以下規(guī)律：各向同性介電物質(zhì)中電位移矢量與電場(chǎng)強(qiáng)度矢量方向一致，大小成正比，故有 ，式中是比例系數(shù)，稱為介電率或介電常數(shù)。另外，實(shí)驗(yàn)還證明，對(duì)各向同性非鐵磁性物質(zhì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量與磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量方向一致，大小成正比，故有，式中比例系數(shù)稱為導(dǎo)磁率。和被看成表征物質(zhì)電磁性質(zhì)的宏觀參數(shù)。在一般條件下有。故有，這里的負(fù)號(hào)不能隨便丟掉在某種材料同時(shí)具有0，0時(shí)，上式右端可能應(yīng)取負(fù)值接近透明媒質(zhì)的折射率函數(shù)n(w)的實(shí)部通常是正值。DRSmith和NKroll

20、分析了電流源向一維左手化媒質(zhì)(LHM)輻射的情況(該媒質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)磁率均為負(fù))，對(duì)n(w)函數(shù)的深入分析，證明在某個(gè)頻區(qū)Ren(w)實(shí)際上必須為負(fù)值。本設(shè)計(jì)應(yīng)用所學(xué)的電磁場(chǎng)知識(shí)，以HFSS12軟件建立等效電路模型，該模型是用一個(gè)二維線陣產(chǎn)生負(fù)介電常數(shù)(0），用另一個(gè)SRR產(chǎn)生負(fù)磁導(dǎo)率(0, 0，這是常規(guī)介質(zhì);在第二象限中0，電磁波在其中無法傳播，為消逝波，電等離子體中頻率小于等離子體頻率時(shí)就屬于這種情況在第三象限中，0, 0，亥姆霍爾茲方程有波動(dòng)解存在。此時(shí)電磁波的傳播規(guī)律與第一象限的常規(guī)介質(zhì)中的是否相同呢?本文下面將對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行詳細(xì)的分析;在第四象限中，0, , selectfaces

21、,將鼠標(biāo)設(shè)置為選擇面的狀態(tài)（2）將這四個(gè)縱向面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界?？梢酝ㄟ^點(diǎn)擊HFSSBoundariesAssign Perfect E實(shí)現(xiàn)，或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵Assign Boundary Perfect E（如圖4.14所示）圖4.14設(shè)置Perfect H邊界條件圖4.15設(shè)置Perfect E邊界條件3、設(shè)置激勵(lì)源wave port端口解算器假定你定義的波端口連接到一個(gè)半無限長(zhǎng)的波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有與端口相同的截面和材料。每一個(gè)端口都是獨(dú)立地激勵(lì)并且在端口中每一個(gè)入射模式的平均功率為1瓦。波端口計(jì)算特性阻抗、復(fù)傳播常數(shù)和S參數(shù)。在波導(dǎo)中行波的場(chǎng)模式可以通過求解Maxwell方程獲得。下面的

22、由Maxwell方程推出的方程使用兩維解算器求解。 式中，是電場(chǎng)矢量；是自由空間波數(shù)，；是復(fù)數(shù)相對(duì)磁導(dǎo)率；是復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)。HFSS求解該方程后，可以得到激勵(lì)場(chǎng)模式的解；這些矢量獨(dú)立于z和t，在這些矢量節(jié)后面乘上因子后就變成了行波。另外，我們注意到激勵(lì)場(chǎng)模式的計(jì)算只能在一個(gè)頻率。在每一個(gè)感興趣的頻率，計(jì)算出的激勵(lì)場(chǎng)模式可能會(huì)不一樣。（1）選中波導(dǎo)的一個(gè)端口面（垂直于z軸的平面）。（2）點(diǎn)擊HFSSExcitationsAssignWave port，或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵assign excitationwave port（如圖4.16所示）。（3）另外一個(gè)端口面執(zhí)行同樣的操作。圖4.16分別設(shè)置

23、激勵(lì)源wave port4.13 設(shè)置求解頻率求解設(shè)置的時(shí)候需要對(duì)求解頻率（Solution Frequency）,最大迭代次數(shù)（Maximum Number of Passes）等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。HFSS軟件采用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，根據(jù)用戶設(shè)置的誤差標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)生成精確 、有效的網(wǎng)格，來完成分析對(duì)象的離散化。自適應(yīng)網(wǎng)格剖分的原理是：在分析對(duì)象內(nèi)部搜索誤差最大的區(qū)域并在該區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格的細(xì)化，每次網(wǎng)格細(xì)化過程中網(wǎng)格增加的百分比由用戶事先設(shè)置。完成一次網(wǎng)格細(xì)化過程后，軟件重新計(jì)算并搜索誤差的最大的區(qū)域，判斷該區(qū)域誤差是否滿足設(shè)置的收斂條件。如果滿足收斂條件，則網(wǎng)格剖分完成；如果不滿足收斂條件，繼續(xù)下一

24、次網(wǎng)格細(xì)化過程，直到滿足收斂條件或者達(dá)到設(shè)置的最大迭代次數(shù)為止。自適應(yīng)網(wǎng)格剖分時(shí)，每一次網(wǎng)格細(xì)化的迭代過程在HFSS中稱為一個(gè)“Pass”。設(shè)置的步驟如下：（1）在菜單欄中點(diǎn)擊HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup（2）在求解設(shè)置窗口中，設(shè)置Solution Frequency：12Ghz，最多為15 Ghz，步長(zhǎng)設(shè)為0.02，頻率范圍為914 Ghz，其它設(shè)為默認(rèn)值圖4.174.2 運(yùn)行HFSS軟件的仿真原理總體來說，HFSS軟件將所要求解的微波問題等效為計(jì)算N端口網(wǎng)絡(luò)的S矩陣，具體步驟如下：(1)將結(jié)構(gòu)劃分為有限元網(wǎng)格（自適應(yīng)網(wǎng)格剖分）(2)在每一個(gè)激勵(lì)端

25、口處計(jì)算與端口具有相同截面的傳輸線所支持的模式(3)假設(shè)每次激勵(lì)一個(gè)模式，計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)全部電磁場(chǎng)模式(4)由得到的反射量和傳輸量計(jì)算廣義S矩陣從主選菜單選擇HFSS-Validation Check,或者單機(jī)工具欄的 運(yùn)行后如圖4.18所示 圖4.18 設(shè)計(jì)檢查裝口 4.18 HFSS軟件求解流程圖在HFSS的設(shè)計(jì)流程中，當(dāng)用戶完成了創(chuàng)建物體模型結(jié)構(gòu)，分配邊界條件和激勵(lì)方式以及添加分析設(shè)置這幾大步驟后，接下來就可以運(yùn)行仿真分析，對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真求解了。在運(yùn)行仿真分析操作之前，用戶通常還需要進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查，以檢查設(shè)計(jì)的完整性以及設(shè)計(jì)中是否存在錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)檢查：從主選菜單選擇HFSS-Validati

26、on Check,或者單機(jī)工具欄的 運(yùn)行后如圖4.19所示 圖4.19 設(shè)計(jì)檢查裝口“設(shè)計(jì)檢查”對(duì)話框中，表示該步驟完整且正確。根據(jù)圖4.19給予的信息，證明設(shè)計(jì)正確，可以進(jìn)行仿真。再?gòu)闹鬟x菜單欄中選則HFSS-Analyze All或者單擊工具欄中的得到可進(jìn)行求解。如圖4.20 即成功運(yùn)行。4.20 正在仿真圖形運(yùn)行仿真的結(jié)果圖為：4.21 S(2,1)dB圖形4.22 S(1,1)dB圖形4.23 S(1,2)dB圖形4.24 S(1,1)dB圖形圖4.25為生成的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出：圖4.26為數(shù)據(jù)的導(dǎo)出4.3 本章小結(jié)本章主要以圖形為主，分步介紹了在HFSS軟件的操作流程，并利用HFSS對(duì)

27、波導(dǎo)的電磁場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真。仿真之后我們可以導(dǎo)出多行五列的矩陣數(shù)據(jù)，為下一步把數(shù)據(jù)切入到matlab里面做準(zhǔn)備。第五章 matlab仿真結(jié)果及其分析5.1 matlab軟件的簡(jiǎn)單介紹 MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先

28、進(jìn)水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORT

29、RAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。5.2 matlab仿真程序% f=ELC(:,1);% S111=ELC(:,2).*exp(i*ELC(:,3);% S211=ELC(:,4).*exp(i*ELC(:,5); f=ESRR(:,1);S11=ESRR(:,2).*exp(i*ESRR(:,3);S21=ESRR(:,4).*exp(i*ESRR(:,5); d=3*10-3;% d=3*10-3;eps0=8.854*10

30、-12;mu0=4*pi*10-7;kd=2*pi*f*109*sqrt(eps0*mu0)*d; n1=acos(1-S11.2+S21.2)./(2*S21)./kd; for m=1:length(f) % if imag(n1(m)0 (1)eps0, mu0;(2)eps0 if imag(n1(m)0; % if imag(n1(m)0, mu0;(4)eps0,mu0 n1(m)=-n1(m); end end% n1; % plot(f,n);% hold on % plot(f,-imag(n),r) z1=sqrt(1+S11).2-S21.2)./(1-S11).2-S2

31、1.2); for m=1:length(f) if real(z1(m)0 z1(m)=-z1(m); endend % % % epseff1=n1./z1;% plot(f,real(epseff1);% hold on ;% plot(f,-imag(epseff1),r) mueff1=n1.*z1;plot(f,real(mueff1)hold onplot(f,-imag(mueff1),r)5.3 matla仿真結(jié)果輸完程序之后，將在HFSS導(dǎo)出的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到matla中，點(diǎn)擊運(yùn)行有如下圖形。圖一 Mueff的實(shí)部和虛部 紅線是虛部，藍(lán)線是實(shí)部圖二 Epseff的實(shí)部和虛部 紅線

32、是虛部，藍(lán)線是實(shí)部第六章 小結(jié)與展望6.1 工作總結(jié)微波器件，如波導(dǎo)、諧振器、天線等，由于工作頻率較高，其場(chǎng)分布需要專門的仿真軟件進(jìn)行分析。因?yàn)楦鞣N電磁場(chǎng)與波現(xiàn)象都具有復(fù)雜的空間分布，而我們對(duì)電磁場(chǎng)與波只能進(jìn)行抽象的想象或通過儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，這給實(shí)踐中對(duì)電磁問題及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解都帶來了一定的困難，為了更好地了解微波器件的內(nèi)部場(chǎng)分布，有助于設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性地設(shè)計(jì)器件的激勵(lì)與耦合方式，或進(jìn)行器件的改進(jìn)與優(yōu)化，就必須使用一款軟件對(duì)微波器件的內(nèi)部場(chǎng)分布進(jìn)行仿真，使微波器件的場(chǎng)分布能夠更加直觀，準(zhǔn)確地呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員的面前，而不再需要設(shè)計(jì)人員去抽象得想象期間的場(chǎng)分布，大大地減輕了設(shè)計(jì)人員的難度。本次的畢

33、業(yè)設(shè)計(jì)名為開口諧振環(huán)磁響應(yīng)分析，設(shè)計(jì)中選取了矩形波導(dǎo)，空氣盒子等幾個(gè)模型，并對(duì)它們進(jìn)行了理論分析，重點(diǎn)分析了他們的電磁場(chǎng)分布和尺寸的選擇。因?yàn)楦鞣N電磁場(chǎng)與波現(xiàn)象都具有復(fù)雜的空間分布，而我們對(duì)電磁場(chǎng)與波只能進(jìn)行抽象的想象或通過儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，這給實(shí)踐中對(duì)電磁問題及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解都帶來了一定的困難，為了更好地了解微波器件的內(nèi)部場(chǎng)分布，本畢設(shè)通過比較選擇，選取了HFSS作為本次畢設(shè)的設(shè)計(jì)軟件，對(duì)矩形波導(dǎo)模型進(jìn)行了仿真，將器件的場(chǎng)分布的顯示出來，并對(duì)場(chǎng)分布進(jìn)行了分析。6.2 工作展望這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)遇到了不少的困難，由于對(duì)于電磁場(chǎng)與波方面內(nèi)容不是很了解，理論上手不易，對(duì)于HFSS這么一個(gè)仿真軟件也是很

34、陌生，以前沒有聽說過。不過經(jīng)過了一些的資料的學(xué)習(xí)，關(guān)鍵是導(dǎo)師及其前輩的指導(dǎo)，漸漸的有了一定的了解。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)中有很多參數(shù)的設(shè)置都不太了解，查了不少資料跟學(xué)姐進(jìn)行探討才能夠完成本設(shè)計(jì)，我覺得很有必要性，由于時(shí)間的問題這里只選取了幾個(gè)基本的模型進(jìn)行了分析，接下去需要我們近一步去學(xué)習(xí)，去探索，去做一些比較復(fù)雜的模型的場(chǎng)分布問題。參考文獻(xiàn)1.王國(guó)偉，楊能彪，劉浩. 基于Mathematic 的圓形波導(dǎo)電磁場(chǎng)的可視化J. 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2006，23(11): 51-532.鄭偉，王永龍. 半圓形波導(dǎo)中的電磁場(chǎng)J. 大學(xué)物理，2007，26(9): 60-633.王永龍，夏昌龍，劉朋. 基于MAT

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