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    2021-04-19 04:14:40

    Matlab求解方同轴波导的截止波长和特性阻抗

    作者:金静逯迈陈小强

    来源:《现代电子技术》2008年第03期

    摘要:采用有限差分法利用Matlab求解了方同轴波导的特性阻抗和高次模的截止波长并画出了场结构图,将所得数据与国外文献数据进行了对比,证明了有限差分法结合Matlab在分析简单截面的同轴波导时是简单可行的,而且计算精度较高,通用性强,可以用于传输线工程问题的设计和计算。最后计算了矩形同波导和偏心同轴波导的相关数据,用于与方形同轴波导对比。

    关键词:方同轴波导;有限差分法;亥姆霍兹方程;特性阻抗;截止波长

    中图分类号:TP391 文献标识码:B

    文章编号:1004373X(2008)0310003

    Analysis of Transmission Character in Square Coaxial Waveguide with Matlab

    JIN Jing,LU Mai,CHEN Xiaoqiang

    (Key Laboratory of Opto—Electronic Technology and Intelligent Control Ministry of Education,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou,730070,China)

    Abstract:Thepaper appliesMatlab based on the FDI method to solve the characteristic impedance,cutoffwavelength and gives out the field pattern ofhigh—order modes in square coaxial transmission.Through comparing the data with the equivalent in foreign paper,it is proved that the FDI method with Matlab is a simpleand feasible method.It is of high accuracy,common usefulness and can be applied generally for the analysis of transmitsion lines.At last it calculates the related data of rectangular coaxial waveguide,eccentric coaxial waveguide,and compares them with the first.

    Keywords:square coaxial transmission wave—guides;FDI method;Helmholtz

    equation;characteristic impedance;cutoff wavelength

    1 引言

    随着通信技术的飞速发展,在一些特定的场合方同轴波导有其不可替代的特性[1],如矩形同轴线定向耦合器在通信卫星等空间大功率设备中的广泛应用,对方同轴波导特性的研究也越来越多。对于同轴波导来说其传输的主模是TEM模,TE,TM是作为干扰模存在的,所以计算TE,TM各模式的截止波长对传输线的设计有重要意义,对于其特性阻抗,由于其与内外

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    注:
    1.TEmn波对应Hmn,TMmn波对应Emn
    2.要会看波导模式分布图已知工作波长时,工作波长<截止波长,可能出现截止波长对应的传输波型Hmn/Emn。
    3.已知尺寸时,只有波长<截止波长,该波才能传输。

    1.矩形波导

    矩形波导典型的有BJ-32

    矩形波导是以主模TE10波工作的
    其波形的两个波节之间距离为λg/2

    为保证单模传输,尺寸要求:
    a、b:尺寸
    λ:传输的波的截止波长
    λ/2<a<λ
    0<b<λ/2
    一般来说,先由工作波长λ来确定波导宽边a的大小,然后对照矩形波导的标准系列选用合适的波导(参见书末附录)。选好波导尺寸a、b后,再根据前面的公式计算常见参数。上一篇文章提及的公式均适用于矩形波导。

    2.圆波导

    圆波导常应用TE11(主模)、TE01(功率损耗最低)、TM01三个主要模式。

    常见参数

    截止波长λc
    a:圆波导半径
    对于TM波:
    在这里插入图片描述
    对于TE波:
    在这里插入图片描述
    Pmn需要查表。需要注意:TE波和TM波的Pmn是不一样的。
    圆波导除了λc的计算与矩形波导不一样,其他传播常数的计算方法和矩形波导是一样的。

    3.同轴线

    TEM波:

    截止波长λc
    λc=∞

    相速Vp
    在这里插入图片描述

    尺寸选择

    为满足只传输主模TEM波,应满足:
    a:内半径
    b:外半径
    工作波长λ
    在这里插入图片描述
    特性阻抗Zc
    在这里插入图片描述

    4.波的激励与耦合

    孔、缝激励
    波导的开孔、开缝以波导内壁上电流分布为依据。
    (1)当需要在波导壁上开缝,而又要求不影响原来波导的传输特性不希望波导向外辐射时,则开缝必须选择在不切割管壁电流线的地方,并使缝尽量狭窄
    (2)如希望波导传输的能量向外辐射,或将波导的能量通过波导壁的开缝耦合到另一个波导去,则开缝的位置应切断电流线

    展开全文
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  • 最近在老师的指导下做“测试材料电磁参数”的实验,初学HFSS,根据实验的需要做出了初步的3D模型,记录下来,以便需要时可以...目前,已经建立了矩形波导同轴线的3D模型,电磁波仿真频率设置为矩形波导(BJ100)...

    最近在老师的指导下做“测试材料电磁参数”的实验,初学HFSS,根据实验的需要做出了初步的3D模型,记录下来,以便需要时可以随时查看。

    3D模型如下:同轴线内导体为铜(copper),深入矩形波导的长度为20mm 。其余介质为空气。(本想传入GIF,但是传不上来)

    仿真的电场分布图:

     

    简要说明:

    目前,已经建立了矩形波导和同轴线的3D模型,电磁波仿真频率设置为矩形波导(BJ100)的主模频率范围:8.2~12.5GHz。后面要做的事是仿真优化,即达到目的:尽最大可能减小发射系数S11,在-30db以下。

    优化方向:

    1. 同轴线内导体(铜柱)深入矩形波导的长度
    2. 确定同轴线与边界面的距离
    3. 改变矩形波导的内部结构(如加入阶梯,脊波导等);转换器,如:介质套等
    4. 使同轴线的特征阻抗与矩形波导的特征阻抗匹配(设同轴线的特征阻抗为50ohm)
    展开全文
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同轴波导

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