本文關(guān)鍵詞：多模波導(dǎo)的傳輸和輻射理論建模與數(shù)值分析

  更多相關(guān)文章： 多模波導(dǎo) 電場積分方程 PMCHW方程 高功率微波 模式匹配方法

【摘要】：模式是傳輸在波導(dǎo)中電磁波的一個重要特性,當(dāng)波導(dǎo)中的電磁波以多個模式傳輸功率時就稱其為多模波導(dǎo)。多模波導(dǎo)在雷達領(lǐng)域及高功率微波領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用,對其進行準(zhǔn)確的電磁建模與高效的數(shù)值分析是相關(guān)領(lǐng)域工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文基于積分方程方法(IE)對多模波導(dǎo)傳輸輻射問題進行了有效的電磁建模,在波導(dǎo)激勵端口應(yīng)用模式匹配法(MM)描述激勵面上入射波和反射波的模式分布情況。實際工程應(yīng)用中,多模波導(dǎo)不僅包含金屬結(jié)構(gòu)還包含復(fù)雜的介質(zhì)結(jié)構(gòu),介質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在往往很大程度上影響著多模波導(dǎo)內(nèi)部的場分布情況,因此對含金屬-介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的多模波導(dǎo)準(zhǔn)確計算至關(guān)重要,本文采用表面積分方程方法對金屬介質(zhì)問題進行了一體化求解。高功率微波中的多模波導(dǎo)如Denisov輻射器、波束波導(dǎo)天線等往往具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電尺寸大等特點,本文法對這些實際工程應(yīng)用中常見的多模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行了一體化全波仿真,并針對所得結(jié)果給出了物理解釋。首先,本文介紹了本文研究的基礎(chǔ)即積分方程方法,針對波導(dǎo)傳輸輻射一般模型介紹了IE-MM混合方法的建立過程,通過數(shù)值算例對模式匹配法中模式數(shù)量選擇進行了解釋,進一步為了對有限金屬壁厚的波導(dǎo)輻射問題電磁建模,本文采取了內(nèi)外分區(qū)的建模方法,在波導(dǎo)內(nèi)部和外部作為子區(qū)域問題分別建立積分方程,最終使用矩量法對所建立方程進行求解,通過與商用軟件結(jié)果的對比證明了方法的正確性。其次,本文針對含有金屬-介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的多模波導(dǎo)模型采取了EFIE-PMCHW-MM混合方法求解,在金屬表面建立電場積分方程(EFIE),在介質(zhì)表面建立PMCHW方程,在波導(dǎo)端口建立模式匹配(MM)方程。在混合方法中未知量僅存在于待求目標(biāo)表面,與其他全波方法相比未知量大大減少,求解效率也大幅提高。再次,本文介紹了使用多層快速多極子方法加速IE-MM求解的策略,并從原理上分析了該方法計算復(fù)雜度和存儲復(fù)雜度,數(shù)值結(jié)果表明這種結(jié)合策略可以有效提高求解效率。最后,本文對IE-MM方法的工程應(yīng)用進行了拓展,對指數(shù)型喇叭天線、Denisov型輻射器、波束波導(dǎo)型天線進行了一體化仿真,并對所得結(jié)果進行了物理分析。
【關(guān)鍵詞】：多模波導(dǎo) 電場積分方程 PMCHW方程 高功率微波 模式匹配方法
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN814
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究工作的背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀11-14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容、貢獻及組織結(jié)構(gòu)14-16
• 1.3.1 本文的主要研究內(nèi)容及貢獻14-15
• 1.3.2 本文的組織結(jié)構(gòu)與安排15-16
• 第二章 積分方程及矩量法16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 積分方程16-18
• 2.3 矩量法求解步驟18-24
• 2.3.1 矩量法一般步驟18-19
• 2.3.2 基函數(shù)與權(quán)函數(shù)的選取19-21
• 2.3.3 阻抗矩陣的計算及奇異性的處理21-24
• 2.4 激勵向量設(shè)置24
• 2.5 線性方程組求解24-25
• 2.6 遠(yuǎn)區(qū)輻射場的計算25-27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 第三章 純金屬多模波導(dǎo)傳輸和輻射的電磁理論建模28-46
• 3.1 引言28
• 3.2 模式匹配結(jié)合積分方程方法28-31
• 3.3 數(shù)值算例與分析31-37
• 3.3.1 圓錐多模喇叭31-33
• 3.3.2 角錐多模喇叭33-34
• 3.3.3 波紋喇叭34-37
• 3.4 內(nèi)外分區(qū)方法結(jié)合模式匹配-積分方程方法37-40
• 3.5 數(shù)值算例與分析40-45
• 3.5.1 圓波導(dǎo)開口輻射問題41-42
• 3.5.2 矩形波導(dǎo)開口輻射問題42-43
• 3.5.3 圓錐喇叭輻射問題43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 金屬-介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)波導(dǎo)輻射問題的電磁建模46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 求解均勻介質(zhì)的表面積分方程方法46-48
• 4.3 金屬-介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)多模波導(dǎo)輻射問題的電磁建模48-50
• 4.4 數(shù)值算例與分析50-55
• 4.4.1 圓錐喇叭與球殼型介質(zhì)罩50-52
• 4.4.2 角錐多模喇叭照射矩形介質(zhì)塊52-53
• 4.4.3 S型彎折波導(dǎo)與矩形介質(zhì)罩53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 多模波導(dǎo)在高功率微波中的工程應(yīng)用與高效數(shù)值分析56-72
• 5.1 引言56-57
• 5.2 快速多極子與多層快速多極子快速算法57-65
• 5.2.1 快速多極子算法57-59
• 5.2.2 多層快速多極子算法59-61
• 5.2.3 IE-MM結(jié)合多層快速多極子的策略61-62
• 5.2.4 數(shù)值算例62-65
• 5.3 高功率微波中的多模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)65-71
• 5.3.1 指數(shù)型多模喇叭65-66
• 5.3.2 Denisov型波導(dǎo)輻射器66-68
• 5.3.3 波束波導(dǎo)型反射面天線系統(tǒng)68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 結(jié)束語72-74
• 6.1 全文總結(jié)72
• 6.2 下一步研究工作展望72-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果80-81

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