模式匹配法及其在微波窗中的應用研究.pdf

1、模式匹配法（MMM）是建立在廣義傳輸線理論之上、基于場理論的全波分析方法。目前，模式匹配法已經(jīng)發(fā)展到了嚴格的場解析階段，具有計算速度快、求解精度高和消耗計算機內(nèi)存小的優(yōu)點，成功應用于濾波器、耦合器、阻抗轉(zhuǎn)換器、模式轉(zhuǎn)換器、天線、多工器、功率分配器、反饋網(wǎng)絡、移相器、偏光器、補償彎波導、本征值問題以及手征介質(zhì)的特性分析中。
　　微波窗作為輸入輸出系統(tǒng)的重要組成部分，也是高功率微波系統(tǒng)的一個重要無源器件，它除了真空密封作用外，還具有饋

2、送能量、透射微波、降低反射等作用，其質(zhì)量好壞直接影響微波器件的電參數(shù)及其壽命。
　　本文對模式匹配法及其在微波窗的應用進行了深入研究。對模式匹配法進行了詳細的理論分析和解析推導，重點對 S參數(shù)計算、相對收斂性、復功率守恒與電磁場匹配進行了理論分析與數(shù)值驗證。應用模式匹配法對微波管中常見的四類窗結(jié)構(gòu)（膜片加載矩形波導窗、多層介質(zhì)圓波導窗、同軸窗和高功率盒型窗）進行了仿真設計，在高精度的前提下大大縮短了窗的設計周期。
　　本論文

3、的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　1、系統(tǒng)深入地研究了模式匹配法，利用電磁場邊界條件，建立了5種突變結(jié)（矩形-矩形、圓-圓、同軸-同軸、大矩-小圓、大圓-小矩）的廣義散射矩陣。利用格林公式、離散傅里葉變換、坐標系轉(zhuǎn)換以及歸一化正交性等原理，推導出了這5類突變結(jié)上的模式之間的耦合矩陣解析解。
　　2、利用矩陣級聯(lián)理論以及傳輸線理論，推導出規(guī)則無源器件模型的廣義散射矩陣的解析計算公式?；?MATLAB語言編寫了模式匹配法程序包

4、 MMMS，并對模式匹配法的相對收斂性進行了研究。
　　3、在模式匹配法的框架下，推導了各個模式在無源器件內(nèi)傳輸?shù)墓β史认禂?shù)，得到了無源器件在頻帶內(nèi)任意截面的復功率，以及整個三維空間任意頻點的電磁場分布。驗證了電磁波傳播過程中的復功率守恒與電磁場匹配。
　　4、應用模式匹配法對4類常見微波窗進行了仿真設計，計算結(jié)果與三維電磁場數(shù)值模擬軟件HFSS、CST、MTSS得到的模擬結(jié)果非常吻合，驗證了模式匹配法相關(guān)理論推導與程序代