模式匹配法分析复杂波导的不连续性

摘要

现代微波技术的迅速发展对滤波器、双工器等微波无源器件的性能指标提出了越来越高的要求。采用经典的等效电路法设计的微波无源器件精度不高，调试难度大。基于严格场理论的模式匹配法是分析波导及其不连续性问题的一种半解析方法，它考虑了金属膜片的有限厚度和不连续处高次模的相互影响，利用该方法设计的微波无源器件具有较高的精度和高效率。
　　 采用模式匹配法分析不连续性问题时，首先根据电磁场的一般理论得到波动方程，求解出规则波导的标量模式解析函数，再将其切向分量按TE模式和TM模式展开，在不连续面上根据切向场相等进行匹配，最终得到广义散射矩阵。
　　 微波无源器件一般由若干通用的基本单元所构成，模式匹配法以这些基本单元为研究对象，分析得到各自的广义散射矩阵。对于脊形波导和十字波导等横截面具有对称性的波导中，或几何结构对称的无源器件中，可将对称面视为磁壁或电壁，以便于模型的简化分析。最终，利用模式匹配法和矩阵级联可以得到微波无源器件的广义散射矩阵。最后编写程序验证，将模式匹配法和HFSS的仿真比较，结果表明仿真和模式匹配法所得结果吻合良好。

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第一章绪论

1.1模式匹配法研究的意义

1.2模式匹配法的概述

1.3本论文的主要工作

第二章模式匹配法场论及其基本原理

2.1一般场理论原理

2.1.1横纵场分量的关系

2.1.2位函数、赫兹矢量及其赫姆霍兹方程的推导

2.1.3用位函数、赫兹矢量对场的一般表达

2.2模式函数

2.2.1横向分布函数的赫姆霍兹方程

2.2.2归一化特性和模式矢量函数

2.3波导的边界条件

2.4规则波导的函数解析表达式

2.4.1矩形波导

2.4.2圆波导

2.4.3坐标转换

2.5模式匹配法的基本原理

第三章多端口的模式匹配法分析

3.1波导阶梯的不连续性

3.1.1归一化电压电流

3.1.2模式匹配法推导波导阶梯的广义散射矩阵

3.1.3耦合矩阵M的公式化简

3.2散射参数的级联

3.2.1多端口级联通式

3.2.2级联实例

3.2.3对称结构的级联

3.3多端口各网络参数间的相互关系

3.4多端口腔体的模式匹配法分析

3.4.1波导弯头

3.4.2 T形结

3.4.3十字结

3.4.4 H面斜角弯头

3.5仿真对比

第四章脊波导和十字波导的模式匹配法分析

4.1脊波导的标量本征函数

4.2脊波导Kc

4.2.1模式匹配法计算Kc

4.2.2横向谐振法计算Kc

4.2.3四分量紧凑型频域有限差分法计算Kc

4.3脊波导和矩形波导阶梯的不连续性

4.4十字波导

4.5仿真对比

第五章总结与展望

致 谢

参考文献