2183阅读
7回复

关于导波不连续性的一些特例研究

新的一年开始了！

UID ：2

注册：2006-10-04
登录：2025-09-29
发帖：4229
等级：值班管理员

0楼发表于: 2009-07-03 23:03:55

本文主要是利用模式匹配法的思想对导波装置中阶梯的不连续性进行了分析，并通过MATLAB和ANSOFT HFSS（high frequence structure simulation)对一个案例进行仿真和分析
引言
    导波场论是指用电磁场理论的方法研究导引电磁波传输装置的电磁特性及其应用的一门课程。而微波传输线不仅能够传输电磁能量，还能够由其不连续性结构可以构成不同功能的微波器件。本文主要研究的是波导阶梯的不连续性问题，其实就是多节阶梯阻抗变换，是将原来较大的反射波分成许多振幅较小而相位又能互相抵消的反射波，只要合理选择节数和各段阻抗值，就能得到满意的结果。
    在对波导阶梯进行理论分析时采用的数学方法是模式匹配法，在对问题进行分析后采用软件进行仿真，得到关于不连续性结构分析的结果。计算机辅助分析是机辅设计的基础。对于绝大多数微波电路来说，其机辅设计过程实质上是一个反复修改电路参数和反复分析电路特性的过程，因此，采用高效率的分析方法是机辅设计的一个关键问题。矩阵运算很适合计算机计算，因此机辅设计中一般采用矩阵分析法。另外，还有一个重要原因是，某些微波元、器件很难从纯理论研究中建立精确的数学模型，而矩阵分析法把它们作为网络处理，直接可用测得的参数模拟这些元、器件。任何一个微波电路都是由一些微波元、器件和微波传输线连接组成。在不涉及微波元、器件内部物理机理时，它们可用等效电路来描述；连接它们的微波传输线可等效为双导线。因此，微波电路同样可用电路理论来分析。也正因如此，微波电路的机辅分析是电子线路机辅分析的发展。

第一章模式匹配法

1.1 模式匹配法的理论依据
一、模式的完备性
    波导中的任意场可以用波导中所有模式的和来表示，即波导中的任意场可以展开成为波导模式的绝对且一致收敛的广义傅立叶级数。
二、模式的正交性
    1，无耗波导中两个不同的TE模或者两个不同的TM模的横向电场分量以及一个TE模和一个TM模的横向电场分量相互正交；
    2，无耗波导中两个不同的TE模或者两个不同的TM模的横向磁场分量以及一个TE模和一个TM模的横向磁场分量相互正交。
    运用模式的正交性，我们可以通过在口径面上积分的方法确定模式电压或者模式电流。
三、功率正交性
    在无耗波导中，若存在几个传输模式，则这些传输模式素传输的总功率等于每个模式单独存在时传输的功率之和，即传输模之间没有耦合。
四、解的唯一性
   满足边界条件的的麦克斯韦方程的解是唯一的。

1.2利用模式匹配法求解的步骤
1，模式分析
    模式分析的前提是对规则波导的模式场分布有所了解，在此基础上抓住两点：一是什么激励模式；二是不连续性结构形式。模式分析的实质是不连续处的总场要满足边界条件。
2，模式展开
    运用模式的完备性，波导不连续处两边的总的横向电场和横向磁场可以用波导模式 ..

未注册仅能浏览部分内容，查看全部内容及附件请先登录或注册

本人从事微波行业研究和教学。丰富的硬件资源和微波团队可承接各类与微波相关的项目 QQ:546874678 EMAIL:rfeda@126.com

离线tensor

新的一年开始了！

UID ：2

注册：2006-10-04
登录：2025-09-29
发帖：4229
等级：值班管理员

1楼发表于: 2009-07-03 23:04:33

第三章用HFSS和MATLAB对波导阶梯及变换器的仿真分析
3.1问题引述
    在前一章对一般波导阶梯进行理论分析后，本章将利用HFSS对一个例题进行仿真分析，并对仿真结果进行对比，并揭示仿真过程中出现的一些问题。
    在两种情况下分析E面全高波导（）到半高波导（）的阻抗变换器的特性（，）
（1）直接连接
（2）加两节变换器：

3.2 HFSS简介
     HFSS是基于物理原型的EDA设计软件。依靠其对电磁场精确分析的性能，使您能够轻松建立产品虚拟样机，以便在物理样机制造之前，准确快速地把握产品特性，从而跨出成功的第一步。
(1)射频和微波器件设计
    相对于数字电路设计者，微波设计者很早就明确高频设计需要特殊措施和工具以正确识别、处理电磁效应，这也是为什么HFSS成为微波/RF器件设计的黄金标准的原因。对于任意三维高频微波器件，如波导、滤波器、耦合器、连接器、铁氧体器件和谐振腔等，HFSS都能提供工具实现S参数提取、产品调试及优化，最终达到制造要求。
(2)天线、数组天线和馈源设计
    HFSS是设计、优化和预测天线性能的有效工具。从简单的单极子天线到复杂雷达屏蔽系统及任意馈电网络，HFSS都能精确地预测其电磁性能，包括辐射向图、波瓣宽度、内部电磁场分布等等。
(3)高频IC设计
    随着集成电路芯片进入纳米范围，工作频率增强、尺寸减小都导致片上互连结构寄生参数对芯片电路性能产生巨大影响。MMIC、 RFIC和高速数字IC的设计要求准确表征并整合这种影响，这些都要求提取其准确的宽带电磁特性，HFSS是唯一能自动、快速实现这一功能的软件。
(4)高速封装设计
    快速上升的IC引脚伴随着IC芯片及封装的微型化发展趋势，IC封装中的信号传输路径对整个系统电性能的影响越来越严重，必须有效区分和协调这种高速封装影响。HFSS提供的S参数和宽带SPICE电路模型，使IC、封装和PCB设计者能在制造和测试之前准确预测系统工作性能。
(5)高速PCB板和RF PCB板设计
    由于PCB工作频率及速度的不断提高，致使板上信号线、过孔等结构的等效电尺寸增加，从而产生更强的耦合、辐射等电磁效应。HFSS让PCB设计者明确、诊断、排除这些影响，无论是过孔、信号线，还是PCB板边缘或者同轴连接器等各种结构，HFSS都能确定其电磁效应，完成自动化设计、优化从而使产品达到更高性能。图例：HFSS用于高速PCB板及背板设计

Ansoft HFSS v10.0
    新版本的HFSS在原有的基础上进一步增强其设计自动化、集成性等功能，从而更好地应用于高频、高速设计领域.
    匹兹堡——2005年5月3日——Ansoft公司宣布HFSS?v9.2正式发布，应用于从IC、PCB板、高频高速设计到微波/射频应用的广泛领域。新版本的HFSS使用户即使在基于Microsoft Windows®操作系统的PC机上，也能够应用2G以上内存进行计算，从而使仿真规模加倍。提供三维电磁、电路、系统协同仿真与Ansoft Designer?/Nexxim?的无缝联接。 “能够支持越来越复杂的高速电路的设计和验证是我们许多SiGe foundry厂商的需求，我们发现，HFSS v10.0的新功能对于支持用户自定义互连建模解决方案极为有效。”IBM微波电子高级技术经理Raminderpal Singh说，“有了HFSS，我们可以分析最具挑战的复杂IC互连和封装设计。”
    HFSS v10.0最重要的新功能就是在PC机（Windows系统）上能够利用3GB的内存空间，这极有效地拓展了HFSS的仿真计算能力，此外运用HFSS v10.0的用户自定义编程模块（UDP）能方便建立各种模型及组件库。同时，具备与Ansoft Designer、Nexxim动态链接的特性：通过动态参数化链接，在RF/数模混合电路仿真中实现与三维电磁场的协同仿真。