多模波導的傳輸和輻射理論建模與數(shù)值分析.pdf

1、模式是傳輸在波導中電磁波的一個重要特性，當波導中的電磁波以多個模式傳輸功率時就稱其為多模波導。多模波導在雷達領(lǐng)域及高功率微波領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用，對其進行準確的電磁建模與高效的數(shù)值分析是相關(guān)領(lǐng)域工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文基于積分方程方法（IE）對多模波導傳輸輻射問題進行了有效的電磁建模，在波導激勵端口應(yīng)用模式匹配法（MM）描述激勵面上入射波和反射波的模式分布情況。實際工程應(yīng)用中，多模波導不僅包含金屬結(jié)構(gòu)還包含復雜的介質(zhì)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在往往

2、很大程度上影響著多模波導內(nèi)部的場分布情況，因此對含金屬-介質(zhì)復合結(jié)構(gòu)的多模波導準確計算至關(guān)重要，本文采用表面積分方程方法對金屬介質(zhì)問題進行了一體化求解。高功率微波中的多模波導如Denisov輻射器、波束波導天線等往往具有結(jié)構(gòu)復雜、電尺寸大等特點，本文法對這些實際工程應(yīng)用中常見的多模波導結(jié)構(gòu)進行了一體化全波仿真，并針對所得結(jié)果給出了物理解釋。
　　首先，本文介紹了本文研究的基礎(chǔ)即積分方程方法，針對波導傳輸輻射一般模型介紹了IE-MM

3、混合方法的建立過程，通過數(shù)值算例對模式匹配法中模式數(shù)量選擇進行了解釋，進一步為了對有限金屬壁厚的波導輻射問題電磁建模，本文采取了內(nèi)外分區(qū)的建模方法，在波導內(nèi)部和外部作為子區(qū)域問題分別建立積分方程，最終使用矩量法對所建立方程進行求解，通過與商用軟件結(jié)果的對比證明了方法的正確性。
　　其次，本文針對含有金屬-介質(zhì)復合結(jié)構(gòu)的多模波導模型采取了EFIE-PMCHW-MM混合方法求解，在金屬表面建立電場積分方程（EFIE），在介質(zhì)表面建立

4、PMCHW方程，在波導端口建立模式匹配（MM）方程。在混合方法中未知量僅存在于待求目標表面，與其他全波方法相比未知量大大減少，求解效率也大幅提高。
　　再次，本文介紹了使用多層快速多極子方法加速IE-MM求解的策略，并從原理上分析了該方法計算復雜度和存儲復雜度，數(shù)值結(jié)果表明這種結(jié)合策略可以有效提高求解效率。
　　最后，本文對IE-MM方法的工程應(yīng)用進行了拓展，對指數(shù)型喇叭天線、Denisov型輻射器、波束波導型天線進行了一體