基于时域有限差分法的部分介质填充脊波导传输特性研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xinyu0218
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1966年Yee K.S.首次提出了时域有限差分法,此后时域有限差分法一直受到广泛的关注,并已广泛应用于波导与谐振腔系统、天线辐射特性、电磁兼容以及电磁散射等数值计算问题中。脊波导具有较长的截止波长以及较低的阻抗特性等特点,使其在微波与毫米波器件中的应用越来越广泛。与非填充介质脊波导相比,部分介质填充脊波导有较长的截止波长,较窄的单模带宽等特性。然而目前对脊波导特性的研究,大多为非填充脊波导,对介质填充脊波导特性研究的数据较少,这在一定程度上限制了脊波导器件的设计和应用。因此本文利用时域有限差分法对部分介质填充脊波导的传输特性进行了研究。时域有限差分法在计算电磁学方面有着广泛的应用,本文采用MATLAB软件工具,对介质填充脊波导进行建模,计算了横电波模式下不同结构参数的部分介质填充矩形对称双脊波导、梯形对称双脊波导、倒梯形对称双脊波导的传输特性。所得部分数据与国外已有的权威文献中的数据进行了对比分析,误差在合理范围之内,从而验证了所用方法的可行性与正确性。论文系统推导了部分介质填充脊波导应用时域有限差分法计算截止波长、单模带宽和衰减常数的数学模型,计算了部分介质填充脊波导主模截止波长、单模带宽和衰减常数与脊波导尺寸以及填充介质相对介电常数之间的关系,并给出了变化曲线。研究结果表明:介质填充脊波导比非介质填充脊波导更容易得到较长的截止波长和较低的截止频率。在制造工艺允许的情况下,可以通过增大脊间距来达到减小衰减的目的。通过对比数据可得到:倒梯形双脊波导截止波长和单模带宽最大,适用于小型化微波器件。矩形脊波导单模带宽最小,适用于滤波系统,梯形脊波导衰减常数最小适合于微波信息传输。所得数据和结论将丰富现有介质填充脊波导的数据,为脊波导的设计和工程应用提供依据。
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