多模波导的传输和辐射理论建模与数值分析

发布时间：2017-09-19 13:32

  本文关键词：多模波导的传输和辐射理论建模与数值分析

  更多相关文章： 多模波导 电场积分方程 PMCHW方程 高功率微波 模式匹配方法

【摘要】：模式是传输在波导中电磁波的一个重要特性,当波导中的电磁波以多个模式传输功率时就称其为多模波导。多模波导在雷达领域及高功率微波领域均有着广泛的应用,对其进行准确的电磁建模与高效的数值分析是相关领域工程应用的基础。本文基于积分方程方法(IE)对多模波导传输辐射问题进行了有效的电磁建模,在波导激励端口应用模式匹配法(MM)描述激励面上入射波和反射波的模式分布情况。实际工程应用中,多模波导不仅包含金属结构还包含复杂的介质结构,介质结构的存在往往很大程度上影响着多模波导内部的场分布情况,因此对含金属-介质复合结构的多模波导准确计算至关重要,本文采用表面积分方程方法对金属介质问题进行了一体化求解。高功率微波中的多模波导如Denisov辐射器、波束波导天线等往往具有结构复杂、电尺寸大等特点,本文法对这些实际工程应用中常见的多模波导结构进行了一体化全波仿真,并针对所得结果给出了物理解释。首先,本文介绍了本文研究的基础即积分方程方法,针对波导传输辐射一般模型介绍了IE-MM混合方法的建立过程,通过数值算例对模式匹配法中模式数量选择进行了解释,进一步为了对有限金属壁厚的波导辐射问题电磁建模,本文采取了内外分区的建模方法,在波导内部和外部作为子区域问题分别建立积分方程,最终使用矩量法对所建立方程进行求解,通过与商用软件结果的对比证明了方法的正确性。其次,本文针对含有金属-介质复合结构的多模波导模型采取了EFIE-PMCHW-MM混合方法求解,在金属表面建立电场积分方程(EFIE),在介质表面建立PMCHW方程,在波导端口建立模式匹配(MM)方程。在混合方法中未知量仅存在于待求目标表面,与其他全波方法相比未知量大大减少,求解效率也大幅提高。再次,本文介绍了使用多层快速多极子方法加速IE-MM求解的策略,并从原理上分析了该方法计算复杂度和存储复杂度,数值结果表明这种结合策略可以有效提高求解效率。最后,本文对IE-MM方法的工程应用进行了拓展,对指数型喇叭天线、Denisov型辐射器、波束波导型天线进行了一体化仿真,并对所得结果进行了物理分析。
【关键词】：多模波导 电场积分方程 PMCHW方程 高功率微波 模式匹配方法
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN814
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究工作的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究历史与现状11-14
• 1.3 本文的主要研究内容、贡献及组织结构14-16
• 1.3.1 本文的主要研究内容及贡献14-15
• 1.3.2 本文的组织结构与安排15-16
• 第二章 积分方程及矩量法16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 积分方程16-18
• 2.3 矩量法求解步骤18-24
• 2.3.1 矩量法一般步骤18-19
• 2.3.2 基函数与权函数的选取19-21
• 2.3.3 阻抗矩阵的计算及奇异性的处理21-24
• 2.4 激励向量设置24
• 2.5 线性方程组求解24-25
• 2.6 远区辐射场的计算25-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第三章 纯金属多模波导传输和辐射的电磁理论建模28-46
• 3.1 引言28
• 3.2 模式匹配结合积分方程方法28-31
• 3.3 数值算例与分析31-37
• 3.3.1 圆锥多模喇叭31-33
• 3.3.2 角锥多模喇叭33-34
• 3.3.3 波纹喇叭34-37
• 3.4 内外分区方法结合模式匹配-积分方程方法37-40
• 3.5 数值算例与分析40-45
• 3.5.1 圆波导开口辐射问题41-42
• 3.5.2 矩形波导开口辐射问题42-43
• 3.5.3 圆锥喇叭辐射问题43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 金属-介质复合结构波导辐射问题的电磁建模46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 求解均匀介质的表面积分方程方法46-48
• 4.3 金属-介质复合结构多模波导辐射问题的电磁建模48-50
• 4.4 数值算例与分析50-55
• 4.4.1 圆锥喇叭与球壳型介质罩50-52
• 4.4.2 角锥多模喇叭照射矩形介质块52-53
• 4.4.3 S型弯折波导与矩形介质罩53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 多模波导在高功率微波中的工程应用与高效数值分析56-72
• 5.1 引言56-57
• 5.2 快速多极子与多层快速多极子快速算法57-65
• 5.2.1 快速多极子算法57-59
• 5.2.2 多层快速多极子算法59-61
• 5.2.3 IE-MM结合多层快速多极子的策略61-62
• 5.2.4 数值算例62-65
• 5.3 高功率微波中的多模波导结构65-71
• 5.3.1 指数型多模喇叭65-66
• 5.3.2 Denisov型波导辐射器66-68
• 5.3.3 波束波导型反射面天线系统68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结束语72-74
• 6.1 全文总结72
• 6.2 下一步研究工作展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间取得的成果80-81

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本文编号：881940