大學(xué)畢業(yè)論文-—矩形波導(dǎo)模式和場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析.doc

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1、南昌航空大學(xué)士學(xué)位論文畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：矩形波導(dǎo)模式和場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析37南昌航空大學(xué)士學(xué)位論文目錄第一章緒論11.1選題背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)21.3本課題研究目標(biāo)及主要內(nèi)容31.4本章小結(jié)5第二章矩形波導(dǎo)的基本原理52.1導(dǎo)波的一般分析62.1.1規(guī)則矩形波導(dǎo)內(nèi)的電磁波62.1.2波導(dǎo)傳輸?shù)囊话闾匦?2.2矩形波導(dǎo)的分析112.2.1矩形波導(dǎo)電磁場(chǎng)解112.2.2矩形波導(dǎo)中的波型及截止波長(zhǎng)172.3本章小結(jié)18第三章矩形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)193.1創(chuàng)建矩形波導(dǎo)模型193.2求解設(shè)置253.3設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真273.3.1設(shè)計(jì)檢查2

2、73.3.2運(yùn)行仿真分析283.4本章小結(jié)29第四章HFSS仿真結(jié)果及其分析304.1HFSS軟件仿真原理304.2HFSS仿真實(shí)現(xiàn)324.3仿真結(jié)果分析444.4本章小結(jié)44第五章小結(jié)與展望455.1工作總結(jié)455.2工作展望45參考文獻(xiàn)46致謝48附錄A常用貝塞爾函數(shù)公式4937南昌航空大學(xué)士學(xué)位論文矩形波導(dǎo)模式和場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析第一章緒論1.1選題背景及意義矩形波導(dǎo)(circularwaveguide)簡(jiǎn)稱為矩波導(dǎo)，是截面形狀為矩形的長(zhǎng)方形的金屬管。若將同軸線的內(nèi)導(dǎo)線抽走，則在一定條件下，由外導(dǎo)體所包圍的矩形空間也能傳輸電磁能量，這就是矩形波導(dǎo)。

3、矩波導(dǎo)加工方便，具有損耗小和雙極化特性，常用于要求雙極化模的天線的饋線中，也廣泛用作各種諧振腔、波長(zhǎng)計(jì)，是一種較常用的規(guī)則金屬波導(dǎo)。矩波導(dǎo)有兩類傳輸模式,即TM模和TE模。其中主要有三種常用模式，分別是主模TE11模、矩對(duì)稱TM01模、低損耗的TE01模。在不同工作模式下，截止波長(zhǎng)、傳輸特性以及場(chǎng)分布不盡相同，同時(shí)，各種工作模式的用途也不相同。導(dǎo)模的場(chǎng)描述了電磁波在波導(dǎo)中的傳輸狀態(tài)，可以通過(guò)電力線的疏密來(lái)表示場(chǎng)得強(qiáng)與弱。本畢業(yè)課題是分析矩形波導(dǎo)中存在的模式、各種模式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)和傳播特性，著重討論、和三個(gè)常用模式，并利用MATLAB和三維高頻電磁仿真

4、軟件HFSS可視化波導(dǎo)中、和三種模式電場(chǎng)和磁場(chǎng)波結(jié)構(gòu)。1.2國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)由于電磁場(chǎng)是以場(chǎng)的形態(tài)存在的物質(zhì)，具有獨(dú)特的研究方法，采取重疊的研究方法是其重要的特點(diǎn)，即只有理論分析、測(cè)量、計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果相互佐證，才可以認(rèn)為是獲得了正確可信的結(jié)論。時(shí)域有限差分法就是實(shí)現(xiàn)直接對(duì)電磁工程問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬的基本方法。在近年的研究電磁問(wèn)題中，許多學(xué)者對(duì)時(shí)域脈沖源的傳播和響應(yīng)進(jìn)行了大量的研究，主要是描述物體在瞬態(tài)電磁源作用下的理論。另外，對(duì)于物體的電特性，理論上具有幾乎所有的頻率成分，但實(shí)際上，只有有限的頻帶內(nèi)的頻率成分在區(qū)主要作用。英國(guó)物理學(xué)家湯

5、姆遜(電子的發(fā)現(xiàn)者)在1893年發(fā)表了一本論述麥克斯韋電磁理論的書(shū),肯定了矩金屬壁管子(即矩波導(dǎo))傳輸電磁波的可實(shí)現(xiàn)性,預(yù)言波長(zhǎng)可與矩柱直徑相比擬,這就是微波。他預(yù)言的矩波導(dǎo)傳輸,直到1936年才實(shí)現(xiàn)。湯姆遜成為歷史上第一位預(yù)言波導(dǎo)的科學(xué)家。這證明科學(xué)預(yù)言可以大大早于技術(shù)的發(fā)展,同時(shí)也表明了應(yīng)用數(shù)學(xué)的威力。英國(guó)物理學(xué)家瑞利在1897年發(fā)表了論文,討論矩形截面和矩形截面“空柱”中的電磁振動(dòng),它們對(duì)應(yīng)后來(lái)的矩形波導(dǎo)和矩波導(dǎo),并引進(jìn)了截止波長(zhǎng)的概念。瑞利得到了矩形波導(dǎo)中主模的場(chǎng)方程組,這是雷達(dá)中最常用的模式,37南昌航空大學(xué)士學(xué)位論文并討論了矩波導(dǎo)中的

6、主模。到1931年,人們看出了波導(dǎo)技術(shù)會(huì)有實(shí)用價(jià)值。1933年,已經(jīng)有波長(zhǎng)為15cm的信號(hào)源了。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室在20世紀(jì)30年代已經(jīng)是一個(gè)龐大的研究機(jī)構(gòu),它吸收了一大批科學(xué)家從事超高頻技術(shù)的研究。1936年,貝爾的科學(xué)家做實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)波導(dǎo)線是長(zhǎng)度為260m的青銅管,直徑12.5cm,信號(hào)源輸出波長(zhǎng)為9cm。實(shí)驗(yàn)表明,在截止頻率以上,信號(hào)傳輸衰減很小。后來(lái),人們把1936年當(dāng)作微波技術(shù)開(kāi)始的年份。為了對(duì)波導(dǎo)做出深刻的闡述,貝爾實(shí)驗(yàn)室的專家繼續(xù)作數(shù)學(xué)分析,推出了完整的本征值方程,并證明湯姆遜早年的方程是本征值方程的一個(gè)特例。傳輸線技術(shù)發(fā)展到今天,只用簡(jiǎn)

7、短的文字已不能描述其品種的繁雜、發(fā)展的迅速和理論的艱深了。例如,就同軸電纜來(lái)說(shuō),新技術(shù)之一是穩(wěn)相同軸電纜,其相位常數(shù)隨環(huán)境溫度和機(jī)械影響很小,適用于對(duì)相位敏感的電子系統(tǒng)(如衛(wèi)星跟蹤站和天文臺(tái));就波導(dǎo)來(lái)說(shuō),矩波導(dǎo)的主模模的極化平面不穩(wěn)定,使它甚至不能用于長(zhǎng)度較大的天線饋線,因此出現(xiàn)了橢矩波導(dǎo)。目前橢矩波導(dǎo)已經(jīng)廣泛用于微波中繼站和地球衛(wèi)星站;就傳輸線的集成化來(lái)說(shuō),出現(xiàn)了微帶傳輸線,使傳輸線的小型化和平面化成為可能。當(dāng)然,傳輸線新品種的開(kāi)發(fā),又激發(fā)了理論工作的深入研究。為了適應(yīng)新的需求，需要是各種傳輸線模式之間進(jìn)行變化，各種模式變化方面的研究應(yīng)運(yùn)而生

8、，如同軸TEM到矩波導(dǎo)模式變換。經(jīng)變換這種模式變換器可以承受高功率，中心頻率上的轉(zhuǎn)換效率大，反射損耗低等優(yōu)點(diǎn)，是最近的熱點(diǎn)研究。1.3本