形变对三角形脊波导传输特性影响的研究

摘要

从Cohn通过横向谐振法得到脊波导具有截止波长较长、单模带宽较宽及特性阻抗较低等优点始，脊波导器件在微波工程、雷达系统、电磁兼容和通信工程等领域有广泛应用。脊波导传输特性的分析为脊波导在微波通信工程中的应用提供理论基础和数据参考，也成为微波传输线设计的理论基础。
　　有限元法是一种高效的数值求解方法，它是以变分理论为基础发展起来的，其基本原理是把复杂边界条件的数学模型离散成多个形状简单的子区域，通过求解子区域的数值解求解该模型。
　　本文以三角形脊波导为研究对象，包括三角形单脊波导和三角形双脊波导，针对脊波导器件在生产加工制造中可能发生的形变，主要研究错位形变、边侧形变及组合形变对三角形脊波导截止波长、单模带宽、衰减常数、功率容量以及特性阻抗的影响。本文的研究方法为在ANSYS下建立模型求解截止特性，并把数据导入MATLAB中通过编程计算其他特性，并绘制曲线图。本文的核心内容主要包括两个部分，即形变对均匀介质三角形脊波导传输特性的影响和形变对部分介质填充三角形脊波导传输特性的影响。
　　通过研究结果发现，随着形变量的增大，对于错位形变，三角形脊波导的截止波长、衰减常数、特性阻抗增大，单模带宽及功率容量减小；对于单侧形变和双侧形变，截止波长、单模带宽、功率容量减小，衰减常数及特性阻抗增大；对于底部形变，截止波长、单模带宽、衰减常数增大，功率容量及特性阻抗减小，且底部形变对各项参数影响较大，这是由于脊波导的场分布主要集中于脊的中心位置引起的；对于组合形变，错位单侧形变对三角形脊波导的截止波长、单模带宽及衰减常数影响相对较小，三边形变和错位底部形变对衰减常数、功率容量、特性阻抗影响较大。因此，在实际工程应用中应避免底部发生形变。
　　本文得到的数据为脊波导器件的设计优化提供一定的数据参考和理论基础，得到的结论可以用于判定形变脊波导传输特性的变化，为实际应用提供依据。