加脊型波导系统的二维频域有限差分法分析

摘要

常见的金属波导有矩形金属波导和圆形金属波导。已经有非常成熟的解析方法去分析其传输特性。实际中，还存在一些复杂的横截面波导结构，诸如波导加脊以后，就形成了脊形波导。脊形波导具有工作频带宽、主模截止频率低、波阻抗低等诸多优点，广泛应用于微波、毫米波技术以及电子对抗设备等中。对于这种波导而言，边界条件的改变破坏了场的结构，其传输特性也就相应地发生了变化。严格按照麦克斯韦方程加上其相应的边界条件去求解这种波导的特性几乎是行不通的。因此只能求助于数值解法。本文则从另一角度考虑这种波导：对于柱形金属波导，通过对其横截面部分的网格划分，使麦克斯韦方程在某一种合适的坐标系下离散化，得到一系列关于横向场结构的差分方程，再结合具体的边界条件就可以得到一个大型矩阵。该矩阵包含了所要求解波导的传输特性。这种方法的精度可以和一些传统的方法相媲美，另外对于处理不规则结构的波导特别有效。