矩形波導(dǎo)模式和場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析論文

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1、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)分析系另IJ信息工稈系專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)通信工程班級(jí)學(xué)號(hào)088204122學(xué)生姓名指導(dǎo)教師二O—二年六月目錄第一章緒論11.1選題背景及意義31.2國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)31.3本課題研究口標(biāo)及主要內(nèi)容41.4本章小結(jié)6第二章矩形波導(dǎo)的基本原理71.1導(dǎo)波的一般分析72.1.1規(guī)則矩形波導(dǎo)內(nèi)的電磁波72.1?2波導(dǎo)傳輸?shù)囊话闾匦?2.2矩形波導(dǎo)的分析82.2.1矩形波導(dǎo)電磁場(chǎng)解82.2.2矩形波導(dǎo)中的波型及截止波長(zhǎng)112.3本章小結(jié)12第三章矩形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)133.1創(chuàng)建矩形波導(dǎo)模型133.2求解設(shè)置203.3設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真223.3.1設(shè)計(jì)

2、檢查223.3.2運(yùn)行仿真分析233.4本章小結(jié)24第四章HFSS仿真結(jié)果及其分析254.1HFSS軟件仿真原理錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。4.2HFSS仿真實(shí)現(xiàn)264.3仿真結(jié)果分析324.4本章小結(jié)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第五章小結(jié)與展望335.1工作總結(jié)335.2工作展望33參考文獻(xiàn)33致謝35附錄A常用貝塞爾函數(shù)公式錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。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(chēng)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)。矩波導(dǎo)加工

3、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)冇兩類(lèi)傳輸模式，即TM模和TE模。其屮主耍冇三種常用模式，分別是主模TEh模、矩對(duì)稱(chēng)TM?！磕?、低損耗的TE?！磕！Ｔ诓煌ぷ髂Ｊ较?，截止波氏、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)屮的傳輸狀態(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，著重討論胚口、TE0I和TM。］三個(gè)常用模式，并利用MATLAB和三維高頻電磁仿真軟件HESS可視化波導(dǎo)屮

4、胚口、TE（）1和7M（）

5、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)模擬的基木方法。在近年的研究電磁問(wèn)題屮，許多學(xué)者對(duì)吋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，理論上具有兒乎所有的頻率成分，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)家湯姆遜（電了的發(fā)現(xiàn)者）在1893年

6、發(fā)表了一木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)言波氏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”屮的電磁振動(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,并討論了矩波導(dǎo)屮的主模。到1931年，人們看出了波導(dǎo)技術(shù)會(huì)冇實(shí)用價(jià)值ol933年，已經(jīng)有波長(zhǎng)為15cm的信號(hào)

7、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9cmo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(zhuān)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)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)Z—是穩(wěn)相同軸電纜，其相位常數(shù)隨環(huán)境

8、溫度和機(jī)械影響很小，適用丁?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)的主模胚“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)。目而橢矩波導(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，需耍是各種傳輸線模式Z間進(jìn)行變化，各種模式變化方面的研究應(yīng)運(yùn)而生，如同軸TEM到矩波導(dǎo)胚口模式變換。經(jīng)變換這種模式變換器可以