矩形波導(dǎo)的設(shè)計講解

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)對網(wǎng)格多次迭代細(xì)化的求解過程，利用網(wǎng)格剖分結(jié)果來計算在求解頻率激勵下存在于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場。初始網(wǎng)格是基于單頻波長進行的粗剖分，然后進行自適應(yīng)分析，利用粗剖分對象計算的有限元解來估計在問題域中的哪些區(qū)域其精確解會有很大的誤差（收斂性判斷），再對這些區(qū)域的四面體網(wǎng)格進行細(xì)化（進一步迭代），并產(chǎn)生新的解，重新計算誤差，重復(fù)迭代過程（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)。如果正在進行掃頻，則對其他頻點求解問題不再進一步細(xì)化網(wǎng)格。自適應(yīng)網(wǎng)格如圖4.2所示：相移,rad圖?電場等值線的用尊忐罹曲線HFSS仿真實現(xiàn)在歷史窗口內(nèi)點中Circlel節(jié)點，選中所畫矩形實面體，右鍵點擊工程樹【Fieldoverlays】一【PlotFields】一【E】一【VectorE】，矩形實面體上便會顯示出仿真計算后的電場矢量圖，同樣的方法也可以繪制矩形實面體上的電場矢量圖。如圖4.3(a)所示。??圖4.3(a)仿真后的電場矢量圖(縱剖面)由于波端口設(shè)置了10個模式，所以可以通過更改相關(guān)參數(shù)得到其他模式的仿真結(jié)果。具體步驟為：右鍵點擊工程樹【Fieldoverlays】f【EditSources】，彈出如圖4.4所示對話框。圖4.4設(shè)置波端口激勵對話框更改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)中只有一個模式設(shè)為1,其他模式均為0。通過更改參數(shù)，便可以得到是個模式的仿真結(jié)果，畫出前十個模式的電場矢量圖如圖4.5所示。圖4.5(b)TE縱剖面電場矢量圖11圖4.5(d)TE極化簡并模縱剖面電場矢量圖11圖4.5(f)TM縱剖面電場矢量圖01圖4.5(h)TE縱剖面電場矢量圖21圖4.5(j)TE極化簡并?？v剖面電場矢量圖21圖4.5(1)TE縱剖面電場矢量圖

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

31圖4.5(t)TE極化簡并?？v剖面電場矢量圖31仿真結(jié)果分析上述繪制了矩形波導(dǎo)的前十個模式的電場矢量圖,通過對式（2-2-7）分析,場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，且兩者獨立存在，相互正交，具有相同的截止波長。這種現(xiàn)象是由矩波導(dǎo)的軸對稱性所決定的，稱為極化簡并。由于這種情況的出現(xiàn)，使得前十個模式中除TM01及TE01外都存在極化簡并，所以得出的前十個模式分別為TE1l（包含兩個極化簡并模）、TM01、TE21（包含兩個極化簡并模）、T0i、TMii（包含兩個極化簡并模）、TE31（包含兩個極化簡并模）。根據(jù)得出的電場矢量圖分析可得，仿真結(jié)果符合上述理論分析。本章小結(jié)本章節(jié)對使用HFSS平臺對所設(shè)計矩形波導(dǎo)的仿真結(jié)果進行了分析和討論，首先介紹了HFSS平臺的仿真原理,給出了HFSS求解過程的流程圖以及求解原理；并介紹了如何通過更改ScalingFactor參數(shù)觀測其他模式的仿真結(jié)果，通過HFSS畫出了前十個模式的電場矢量圖，通過理論知識的分析，矩形波導(dǎo)存在極化簡并現(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)中電磁場傳播研究是非常有實際應(yīng)用價值的課題．理論上，可對矩介質(zhì)波導(dǎo)和光纖中電磁場傳播特性的研究提供可借鑒經(jīng)驗；應(yīng)用上，本文通過仿真給出電場矢量圖，對矩波導(dǎo)中電磁場檢測有一定指導(dǎo)意義，對其傳輸特性有待更深入的理解．本文研究內(nèi)容對開發(fā)規(guī)則金屬波導(dǎo)圖形仿真計算器也具有一定實踐意義。ANSOFTHFSS充分利用了如自動匹配網(wǎng)格產(chǎn)生及加密、切線矢量有限元、ALPS（AdaptiveanczoS^adeSweep和模式一節(jié)點轉(zhuǎn)換Mode-nod等先進技術(shù)，從而可利用有限元法（FEM）對任意形狀的三維無源結(jié)構(gòu)進行電磁場仿真。HFSS自動計算多個自適應(yīng)的解決方案，直到滿足指定的收斂要求值。其基于MAXWELL方程的場求解方案能精確計算所有高頻性能，如散射、模式轉(zhuǎn)換、材料和輻射引起的損耗等。可產(chǎn)生生動逼真的場型動畫圖，包括矢量圖、等高線圖、陰影等高線圖。通過一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計，實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)鞏固了電磁場與電磁波，微波天線技術(shù)等基礎(chǔ)知識，還了解了矩形波導(dǎo)的內(nèi)部電磁場和傳輸特性。畢業(yè)設(shè)計非常好的鍛煉了運用所學(xué)知識分析解決問題的能力。在這樣的一個過程中，使理論知識得到了在實踐運用，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)計和仿真，研究內(nèi)容相對簡單，但為自己以后的學(xué)習(xí)研究提供了一個基礎(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，為了盡量優(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，每個元件都有一定的工作模式。因此，為了從一種波導(dǎo)元件過渡到另一種波導(dǎo)元件，或過渡到同種波導(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.王國偉，楊能彪，劉浩.基于Mathematic的矩形波導(dǎo)電磁場的可視化J].微電子學(xué)與計算機，2006，23(11):51-53.鄭偉，王永龍.半矩形波導(dǎo)中的電磁場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,2008,30(3):40-44.林為干，符果行，鄔琳若，等.電磁場理論[M].北京：人民郵電出版社，1984:254-256.勞蘭P,考森DR.電磁場與電磁波.陳成均譯.北京：人民教育出版社，1982.郭碩鴻.電動力學(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..吳萬春.電磁場理論.北京:電子工業(yè)出版社,1985.林為干.電磁場理論.北京:人民郵電出版社,1984.畢德顯.電磁場理論.北京:電子工業(yè)出版社,1985.哈林登RF.正弦電磁場.孟侃譯.上海：上?？茖W(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用技術(shù).北京:科學(xué)出版社,1996.閆潤卿,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.微波測量與實驗教程.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.陳振國.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的本科生生活對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，在他們的關(guān)心和幫助下，我不但增長了專業(yè)知識，更重要的是學(xué)會了做人的道理。因此，在我完成畢業(yè)論文同時，心中充滿了對他們深深的感謝。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，自始自終都傾注了導(dǎo)師的心血。導(dǎo)師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、創(chuàng)新而又求實的學(xué)術(shù)精神以及高尚的人格都給作者留下