矩形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)講解

圖4.1HFSS軟件求解流程圖自適應(yīng)網(wǎng)格剖分是在誤差大的區(qū)域內(nèi)對(duì)網(wǎng)格多次迭代細(xì)化的求解過(guò)程，利用網(wǎng)格剖分結(jié)果來(lái)計(jì)算在求解頻率激勵(lì)下存在于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場(chǎng)。初始網(wǎng)格是基于單頻波長(zhǎng)進(jìn)行的粗剖分，然后進(jìn)行自適應(yīng)分析，利用粗剖分對(duì)象計(jì)算的有限元解來(lái)估計(jì)在問(wèn)題域中的哪些區(qū)域其精確解會(huì)有很大的誤差（收斂性判斷），再對(duì)這些區(qū)域的四面體網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化（進(jìn)一步迭代），并產(chǎn)生新的解，重新計(jì)算誤差，重復(fù)迭代過(guò)程（求解一誤差分析（收斂性判斷）一自適應(yīng)細(xì)化網(wǎng)格）直到滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)或達(dá)到最大迭代步數(shù)。如果正在進(jìn)行掃頻，則對(duì)其他頻點(diǎn)求解問(wèn)題不再進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格。自適應(yīng)網(wǎng)格如圖4.2所示：相移,rad圖?電場(chǎng)等值線的用尊忐罹曲線HFSS仿真實(shí)現(xiàn)在歷史窗口內(nèi)點(diǎn)中Circlel節(jié)點(diǎn)，選中所畫(huà)矩形實(shí)面體，右鍵點(diǎn)擊工程樹(shù)【Fieldoverlays】一【PlotFields】一【E】一【VectorE】，矩形實(shí)面體上便會(huì)顯示出仿真計(jì)算后的電場(chǎng)矢量圖，同樣的方法也可以繪制矩形實(shí)面體上的電場(chǎng)矢量圖。如圖4.3(a)所示。??圖4.3(a)仿真后的電場(chǎng)矢量圖(縱剖面)由于波端口設(shè)置了10個(gè)模式，所以可以通過(guò)更改相關(guān)參數(shù)得到其他模式的仿真結(jié)果。具體步驟為：右鍵點(diǎn)擊工程樹(shù)【Fieldoverlays】f【EditSources】，彈出如圖4.4所示對(duì)話框。圖4.4設(shè)置波端口激勵(lì)對(duì)話框更改ScalingFactor參數(shù)，ScalingFactor參數(shù)為1的模式變可以觀察到此模式的

仿真結(jié)果。注意ScalingFactor參數(shù)中只有一個(gè)模式設(shè)為1,其他模式均為0。通過(guò)更改參數(shù)，便可以得到是個(gè)模式的仿真結(jié)果，畫(huà)出前十個(gè)模式的電場(chǎng)矢量圖如圖4.5所示。圖4.5(b)TE縱剖面電場(chǎng)矢量圖11圖4.5(d)TE極化簡(jiǎn)并模縱剖面電場(chǎng)矢量圖11圖4.5(f)TM縱剖面電場(chǎng)矢量圖01圖4.5(h)TE縱剖面電場(chǎng)矢量圖21圖4.5(j)TE極化簡(jiǎn)并?？v剖面電場(chǎng)矢量圖21圖4.5(1)TE縱剖面電場(chǎng)矢量圖

01圖4.5(n)TM縱剖面電場(chǎng)矢量圖11圖4.5(p)TM極化簡(jiǎn)并?？v剖面電場(chǎng)矢量圖11圖4.5(r)TE縱截面電場(chǎng)矢量圖

31圖4.5(t)TE極化簡(jiǎn)并模縱剖面電場(chǎng)矢量圖31仿真結(jié)果分析上述繪制了矩形波導(dǎo)的前十個(gè)模式的電場(chǎng)矢量圖,通過(guò)對(duì)式（2-2-7）分析,場(chǎng)的極化方向具有不確定性，使得波導(dǎo)在中方向有sin和cos兩種可能的分布，且兩者獨(dú)立存在，相互正交，具有相同的截止波長(zhǎng)。這種現(xiàn)象是由矩波導(dǎo)的軸對(duì)稱性所決定的，稱為極化簡(jiǎn)并。由于這種情況的出現(xiàn)，使得前十個(gè)模式中除TM01及TE01外都存在極化簡(jiǎn)并，所以得出的前十個(gè)模式分別為TE1l（包含兩個(gè)極化簡(jiǎn)并模）、TM01、TE21（包含兩個(gè)極化簡(jiǎn)并模）、T0i、TMii（包含兩個(gè)極化簡(jiǎn)并模）、TE31（包含兩個(gè)極化簡(jiǎn)并模）。根據(jù)得出的電場(chǎng)矢量圖分析可得，仿真結(jié)果符合上述理論分析。本章小結(jié)本章節(jié)對(duì)使用HFSS平臺(tái)對(duì)所設(shè)計(jì)矩形波導(dǎo)的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析和討論，首先介紹了HFSS平臺(tái)的仿真原理,給出了HFSS求解過(guò)程的流程圖以及求解原理；并介紹了如何通過(guò)更改ScalingFactor參數(shù)觀測(cè)其他模式的仿真結(jié)果，通過(guò)HFSS畫(huà)出了前十個(gè)模式的電場(chǎng)矢量圖，通過(guò)理論知識(shí)的分析，矩形波導(dǎo)存在極化簡(jiǎn)并現(xiàn)象，證明了仿真結(jié)果的正確性。第五章小結(jié)與展望工作總結(jié)矩波導(dǎo)是微波工程中最重要的微波儀器之一，金屬矩波導(dǎo)中電磁場(chǎng)傳播研究是非常有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的課題．理論上，可對(duì)矩介質(zhì)波導(dǎo)和光纖中電磁場(chǎng)傳播特性的研究提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)；應(yīng)用上，本文通過(guò)仿真給出電場(chǎng)矢量圖，對(duì)矩波導(dǎo)中電磁場(chǎng)檢測(cè)有一定指導(dǎo)意義，對(duì)其傳輸特性有待更深入的理解．本文研究?jī)?nèi)容對(duì)開(kāi)發(fā)規(guī)則金屬波導(dǎo)圖形仿真計(jì)算器也具有一定實(shí)踐意義。ANSOFTHFSS充分利用了如自動(dòng)匹配網(wǎng)格產(chǎn)生及加密、切線矢量有限元、ALPS（AdaptiveanczoS^adeSweep和模式一節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換Mode-nod等先進(jìn)技術(shù)，從而可利用有限元法（FEM）對(duì)任意形狀的三維無(wú)源結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真。HFSS自動(dòng)計(jì)算多個(gè)自適應(yīng)的解決方案，直到滿足指定的收斂要求值。其基于MAXWELL方程的場(chǎng)求解方案能精確計(jì)算所有高頻性能，如散射、模式轉(zhuǎn)換、材料和輻射引起的損耗等。可產(chǎn)生生動(dòng)逼真的場(chǎng)型動(dòng)畫(huà)圖，包括矢量圖、等高線圖、陰影等高線圖。通過(guò)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，實(shí)踐能力有了很大的提高，不但初步掌握了HFSS軟件的操作和仿真原理，復(fù)習(xí)鞏固了電磁場(chǎng)與電磁波，微波天線技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)，還了解了矩形波導(dǎo)的內(nèi)部電磁場(chǎng)和傳輸特性。畢業(yè)設(shè)計(jì)非常好的鍛煉了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力。在這樣的一個(gè)過(guò)程中，使理論知識(shí)得到了在實(shí)踐運(yùn)用，能力得到了提高。工作展望本次課題所研究的內(nèi)容為矩形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)和仿真，研究?jī)?nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，但為自己以后的學(xué)習(xí)研究提供了一個(gè)基礎(chǔ)，矩形波導(dǎo)是微波工程中重要的微波傳輸介質(zhì)之一，對(duì)微波技術(shù)的發(fā)展有著極其重要的作用?，F(xiàn)代微波通信中，為了盡量?jī)?yōu)化傳輸介質(zhì)，需要結(jié)合多種傳輸介質(zhì)結(jié)合使用，例如矩形波導(dǎo)和矩形波導(dǎo)的結(jié)合使用。一個(gè)較復(fù)雜的微波系統(tǒng)常遇到幾種不同的波導(dǎo)，并由許多作用不同的元件組成。每種波導(dǎo)的主模都不同，每個(gè)元件都有一定的工作模式。因此，為了從一種波導(dǎo)元件過(guò)渡到另一種波導(dǎo)元件，或過(guò)渡到同種波導(dǎo)元件的另一種工作模式，就需要采用波型變換元件。目前金屬波導(dǎo)在模式轉(zhuǎn)換器上的研究較多，需要以后不斷的研究，充分認(rèn)知金屬波導(dǎo)在微波通信的作用。參考文獻(xiàn).王國(guó)偉，楊能彪，劉浩.基于Mathematic的矩形波導(dǎo)電磁場(chǎng)的可視化J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2006，23(11):51-53.鄭偉，王永龍.半矩形波導(dǎo)中的電磁場(chǎng)J].大學(xué)物理，2007,26(9):60-63.王永龍，夏昌龍，劉朋.基于MATLAB編程給出矩形波導(dǎo)中能流密度分布圖仿真J].臨沂師范學(xué)院學(xué)報(bào),2008,30(3):40-44.林為干，符果行，鄔琳若，等.電磁場(chǎng)理論[M].北京：人民郵電出版社，1984:254-256.勞蘭P,考森DR.電磁場(chǎng)與電磁波.陳成均譯.北京：人民教育出版社，1982.郭碩鴻.電動(dòng)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1997:143-145.陸全康，趙惠芳.數(shù)學(xué)物理方法[M].北京：高等教育出版社，2004:354-369.梁昆淼.數(shù)學(xué)物理方法[M].北京：人民教育出版社，1978:293-295.彭芳麟.數(shù)學(xué)物理方程的MATLAB解法與可視化[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005:80-92.周傳明，劉國(guó)治，劉永貴.高功率微波源.北京：原子能出版社，2007，l—44.王文祥．微波工程技術(shù)北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009，385．396.趙姚同，等.微波技術(shù)與天線[M].南京:東南大學(xué)出版社，2003..吳萬(wàn)春.電磁場(chǎng)理論.北京:電子工業(yè)出版社,1985.林為干.電磁場(chǎng)理論.北京:人民郵電出版社,1984.畢德顯.電磁場(chǎng)理論.北京:電子工業(yè)出版社,1985.哈林登RF.正弦電磁場(chǎng).孟侃譯.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1964.佘守憲.導(dǎo)波光學(xué)物理基礎(chǔ).北京:北方交通大學(xué)出版社,2002.黃宏嘉.微波原理.北京:科學(xué)出版社,1963.廖承恩.微波技術(shù)基礎(chǔ).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1984.吳明英,毛秀華.微波技術(shù).西安:西北電訊工程學(xué)院出版社,1985.黃志洵,王曉金.微波傳輸線理論與實(shí)用技術(shù).北京:科學(xué)出版社,1996.閆潤(rùn)卿,李英惠.微波技術(shù)基礎(chǔ).北京:北京理工大學(xué)出版社,1997.趙春曉,楊莘元.微波測(cè)量與實(shí)驗(yàn)教程.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.陳振國(guó).微波技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京:北京郵電大學(xué)出版社,1996.王明鑒,施社平.新編電信傳輸理論.北京:北京郵電大學(xué)出版社,1995.PozerDM.MicrowaveEngineering.Addision-WesleyPublishingCompany,1990.ElliottRS.AnIntroductiontoGuidedWaveandMicrowaveCircuits.Prentice-Hall,Inc.,1994.WesLawson，MelanyR．Arjona，BartEHogan．Thedesignofserpertine-modecnvertersforhigh-powermicrowaveapplications．IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，2000，48(5)：809—814.C.L.Spillard,S.M.Spangenberg,G.J.R.Povey.ASerial-parallelFFTCorrelatorforPNCodeAcquisitionfromLEOSatellites.1998:1,456-474..D．V．V'mogradov,GGDenisov．Theconversionofwavesinabentwaveguidewithavariablecurvature．IzvestiyaVUZ．Radiofizika，1990，33(6)：726-731.GGDenisov,A．EGashturi，S．V．Mishakin．Calculationof3-DwaveguidestructureswithEFIE．15InternationalConferenceOHTHzElectronics．Cardiff,2007：779-780致謝四年緊張而充實(shí)的本科生生活對(duì)我而言是一段美麗而又珍貴的人生旅程。在期間有許多老師和朋友給予了我莫大的幫助和鼓勵(lì)，在他們的關(guān)心和幫助下，我不但增長(zhǎng)了專業(yè)知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)了做人的道理。因此，在我完成畢業(yè)論文同時(shí)，心中充滿了對(duì)他們深深的感謝。首先向我的導(dǎo)師徐新河博士致以崇高的敬意和衷心的感謝！本人為有幸成為導(dǎo)師的一名學(xué)生而深感榮幸。論文的工作是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的，從選題、論證直到論文撰寫(xiě)，自始自終都傾注了導(dǎo)師的心血。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、創(chuàng)新而又求實(shí)的學(xué)術(shù)精神以及高尚的人格都給作者留下