基于時(shí)域有限差分法的脊波導(dǎo)損耗特性研究.pdf

1、時(shí)域有限差分法自1966年 K.S.Yee首次提出以來,就備受眾多專家學(xué)者的青睞。時(shí)域有限差分法是以差分原理為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算方法,它廣泛應(yīng)用于波導(dǎo)與諧振腔系統(tǒng)、電磁兼容、天線輻射特性、電纜傳輸線的干擾、電磁散射以及微光學(xué)元器件中光的傳播和衍射等的研究。
　　 脊波導(dǎo)是矩形波導(dǎo)的變形,它在實(shí)際工程中有著重要的應(yīng)用,由于其具有主模截止波長(zhǎng)長(zhǎng)、單模帶寬寬等特點(diǎn),使得脊波導(dǎo)廣泛應(yīng)用于各種過渡元件以及各種諧振腔等,因此對(duì)脊波導(dǎo)特性的研究是

2、非常重要的。早在20世紀(jì)40年代,Cohn就對(duì)脊波導(dǎo)的特性進(jìn)行了研究,隨后脊波導(dǎo)受到了廣泛的關(guān)注。目前對(duì)脊波導(dǎo)特性的研究,大多集中在傳輸特性以及阻抗特性上,對(duì)于其衰減特性和功率容量的研究數(shù)據(jù)較少,這在一定程度上限制了脊波導(dǎo)元件的分析和設(shè)計(jì)。為了解決這個(gè)問題,本文首次利用時(shí)域有限差分法對(duì)脊波導(dǎo)的衰減特性以及功率容量進(jìn)行了研究。
　　 介紹了時(shí)域有限差分法的原理以及其在應(yīng)用上的相關(guān)技術(shù),并應(yīng)用時(shí)域有限差分法對(duì)脊波導(dǎo)進(jìn)行建模,通過在M

3、ATLAB環(huán)境下編程,計(jì)算了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的矩形對(duì)稱雙脊波導(dǎo)、三角形對(duì)稱雙脊波導(dǎo)、梯形對(duì)稱雙脊波導(dǎo)、倒梯形對(duì)稱雙脊波導(dǎo)以及矩形單脊波導(dǎo)、三角形單脊波導(dǎo)、梯形單脊波導(dǎo)、倒梯形單脊波導(dǎo)在 TE模式下的衰減特性和功率容量數(shù)據(jù)。所得部分?jǐn)?shù)據(jù)與國(guó)外已有的權(quán)威文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,數(shù)據(jù)吻合較好,從而證明了所用方法在研究上的有效性和精確性。
　　 運(yùn)用時(shí)域有限差分法結(jié)合MATLAB編程計(jì)算了脊波導(dǎo)在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的衰減常數(shù)和功率容量,并給出了

4、計(jì)算數(shù)據(jù)以及變化曲線。研究結(jié)果表明:脊波導(dǎo)的衰減常數(shù)不僅與頻率有關(guān)還與其結(jié)構(gòu)參數(shù)有一定的關(guān)系,脊波導(dǎo)的功率容量與其結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。當(dāng)脊波導(dǎo)的主模截止波長(zhǎng)增大時(shí)其衰減常數(shù)會(huì)單調(diào)遞增,而功率容量會(huì)單調(diào)遞減；當(dāng)脊間距 d／b增大時(shí),衰減常數(shù)減小,功率容量增大。因此在制造工藝允許的情況下,可以通過增大脊間距來達(dá)到減小衰減增大功率容量的目的。通過對(duì)比數(shù)據(jù)可得到:衰減常數(shù)由大到小的順序依次為:三角形、倒梯形、矩形和梯形脊波導(dǎo)；功率容量由小到大的順序依