本文關(guān)鍵詞：微波無(wú)源器件有限元—模式匹配法研究

  更多相關(guān)文章： S參數(shù) 模式匹配法 矢量有限元 亥姆霍茲方程弱形式

【摘要】：目前微波管模擬器套裝軟件(Microwave-Tube Simulator Suite,簡(jiǎn)稱(chēng)MTSSTM)主要使用吸收邊界條件(ABC)處理人工截?cái)噙吔纭５?在網(wǎng)格剖分時(shí),ABC要求吸收邊界距離散射體最近的距離必須大于等于電磁波的半個(gè)波長(zhǎng)。另外,因?yàn)槎丝谧杩购蜕F(xiàn)象,所以ABC在處理多模散射時(shí)也有一定的局限性。本文主要研究有限元—模式匹配法(FEM-MMM)來(lái)處理MTSS中模型的截?cái)噙吔�。FEM-MMM通過(guò)模式分析,進(jìn)一步考慮多模情形。結(jié)合正交模式場(chǎng),求解由亥姆霍茲方程弱形式生成的有限元方程組,可以直接計(jì)算出無(wú)源微波器件的S參數(shù)以及矢量基函數(shù)的插值系數(shù)等。FEM-MMM采用模式匹配法處理邊界。模式匹配法可以縮小截?cái)噙吔缗c目標(biāo)區(qū)域的距離,從而縮小計(jì)算區(qū)域,進(jìn)一步縮短求解時(shí)間。本論文圍繞FEM-MMM、ABC和亥姆霍茲方程弱形式來(lái)展開(kāi)研究工作,主要的工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、第二章系統(tǒng)地介紹了有限元理論,研究分析了大型廣義本征值問(wèn)題,運(yùn)用相關(guān)理論編寫(xiě)了通用的本征值求解算法,計(jì)算了諧振腔的本征值,與理論值的最大誤差是-1.0354%。在第三章運(yùn)用數(shù)值方法給出了矩形波導(dǎo)多個(gè)模式的模式圖。2、第四章運(yùn)用FEM-MMM對(duì)無(wú)源微波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入分析,推導(dǎo)了多端口網(wǎng)絡(luò)的亥姆霍茲方程弱形式。首先推導(dǎo)了單端口網(wǎng)絡(luò)添加單模激勵(lì)和任意場(chǎng)激勵(lì)的有限元方程組。然后分析了多端口同時(shí)添加任意激勵(lì)函數(shù)的情形。給出了在兩個(gè)端口同時(shí)添加任意場(chǎng)激勵(lì)的有限元方程組。最后,推導(dǎo)了FEM-MMM結(jié)合ABC的有限元方程組,使其適用范圍更廣。本文實(shí)現(xiàn)用數(shù)值積分添加主模激勵(lì),求解以上有限元方程組即可直接得到無(wú)源微波器件的S參數(shù)及矢量基函數(shù)的插值系數(shù)。3、第五章對(duì)矩形波導(dǎo)、T形波導(dǎo)和盒形窗等無(wú)源微波器件進(jìn)行了計(jì)算分析。本文計(jì)算的S參數(shù)分別與CST、HFSS計(jì)算的S參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算結(jié)果分別與CST、HFSS計(jì)算結(jié)果十分吻合,證明了本文方法的可靠性和有效性。用計(jì)算所得的矢量基函數(shù)的插值系數(shù)重構(gòu)了求解區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng),通過(guò)后處理技術(shù)畫(huà)出了各器件的電場(chǎng)云圖,分別見(jiàn)附錄1、附錄2和附錄3。4、HFSS僅可以選擇主�；蛘吣硞�(gè)高次模做激勵(lì)源。本文創(chuàng)新性地提出了一種添加任意函數(shù)作為激勵(lì)源的方法。該函數(shù)至少是在定義域內(nèi)分段連續(xù)的良態(tài)函數(shù)。利用模式分析法將該函數(shù)展開(kāi)成有限個(gè)正交模式場(chǎng)之和,然后再將這些模式場(chǎng)代入邊界條件,加入麥克斯韋方程,從而實(shí)現(xiàn)添加任意函數(shù)作為激勵(lì)源的目的。
【關(guān)鍵詞】：S參數(shù) 模式匹配法 矢量有限元 亥姆霍茲方程弱形式
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN61
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 有限元—模式匹配法概述14-15
• 1.4 本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)15-16
• 1.5 本文的結(jié)構(gòu)安排16-17
• 第二章 有限元法的基本原理17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)17-20
• 2.2.1 電磁場(chǎng)物理量的函數(shù)空間理論17-19
• 2.2.2 若干定理19-20
• 2.3 標(biāo)量和矢量插值基函數(shù)20-27
• 2.3.1 三角形單元插值基函數(shù)20-23
• 2.3.2 四面體單元插值基函數(shù)23-26
• 2.3.3 分界面上體基函數(shù)退化成面基函數(shù)26-27
• 2.4 有限元的經(jīng)典方法27-31
• 2.4.1 里茲有限元27-29
• 2.4.2 伽遼金有限元29
• 2.4.3 有限元方法的基本步驟29-31
• 2.5 矩形諧振腔本征值求解31-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第三章 模式分析35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 歸一化35-39
• 3.2.1 模式場(chǎng)正交歸一化35-37
• 3.2.2 廣義歸一化S參數(shù)37-39
• 3.3 模式分析39-47
• 3.3.1 波導(dǎo)模式展開(kāi)的證明39-41
• 3.3.2 均勻矩形波導(dǎo)模式分析41-47
• 3.4 模式函數(shù)的正交性證明47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第四章 有限元—模式匹配法50-70
• 4.1 引言50-51
• 4.2 構(gòu)造邊值問(wèn)題伽遼金公式的一般規(guī)則51-52
• 4.2.1 加權(quán)余量法51
• 4.2.2 構(gòu)造伽遼金公式的一般規(guī)則51-52
• 4.3 二階矢量波動(dòng)方程弱形式公式推導(dǎo)52-56
• 4.3.1 二階矢量波動(dòng)方程弱形式52-53
• 4.3.2 邊界條件及端口激勵(lì)處理53-56
• 4.4 有限元—模式匹配法56-66
• 4.4.1 一個(gè)端口添加任意一個(gè)模式做激勵(lì)56-60
• 4.4.2 一個(gè)激勵(lì)端口添加任意函數(shù)場(chǎng)做激勵(lì)60-61
• 4.4.3 多端口同時(shí)添加任意函數(shù)場(chǎng)做激勵(lì)61-65
• 4.4.4 數(shù)值積分和稀疏存儲(chǔ)技術(shù)65-66
• 4.5 有限元—模式匹配法結(jié)合吸收邊界條件66-69
• 4.6 本章小結(jié)69-70
• 第五章 數(shù)值算例與分析70-84
• 5.1 引言70
• 5.2 矩形波導(dǎo)70-74
• 5.3 T形波導(dǎo)74-78
• 5.4 盒形窗78-82
• 5.5 本章小結(jié)82-84
• 第六章 全文總結(jié)及展望84-86
• 6.1 全文總結(jié)84-85
• 6.2 對(duì)未來(lái)的展望85-86
• 致謝86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 附錄90-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果101-102

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 徐立;微波管高頻電路快速有限元理論與CAD技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 梁兵;矢量有限元方法在電磁場(chǎng)開(kāi)域問(wèn)題中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：949829