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DRIE技术加工W波段行波管折叠波导慢波结构的研究

DRIE技术加工W波段行波管折叠波导慢波结构的研究
DRIE技术加工W波段行波管折叠波导慢波结构的研究

波导管的截止频率

能够在波导管内传播的电磁波型的最低角频率c ω,称为该波形的截止频率。 已知波数μεω22=K ,即K 决定于激发频率ω。由式.....2,1,0,,,z ===n m b n K a m K y ππ知x K 、y K 决定于波导管的几何尺寸ɑ、b 和波型m 、n 。从式με ω22222==++K K K K z y x 和.....2,1,0,,,z ===n m b n K a m K y ππ可知,对一定波形的波,其z K 为 2222 ,)()(b n a m C K mn z ππω--= 当2222 )()(b n a m C ππω+<时,z K 为虚数,此时传播因子z iK z e 变为衰减因子z K z e -。此情形下,电磁场振幅沿z 轴方向不断衰减,这种电磁波就不能在波导中传播。由此可见,角频率不能小于某一临界值,该值称为截止频率,所以 2222)()()()(b n a m b n a m c +=+=μεππυω 为明确起见,把对应的(m,n) 标出,有 22,)()(b n a m mn c +=μεπ ω 设ɑ>b,选0=z E 的横电波10TE ,得最低截止频率为 a c μεπω=10, 若管内为真空,则相应的频率和截止波长为 a C f c 2210,==πω a f C c 210,== λ 可见,波导管中能传输的最大波长取决于波导管的尺寸。由于波导管的几何尺寸不能做的过大,所以波长在厘米波段,波导管的应用最广。 心得:本次实验过程中,老师将书本上的理论知识生动形象地讲解出来,让我对书本上的知识有了更加深刻的理解。理论加实践的教学方式对于《勘探电磁场论》的学习有着非常大的帮助!

实验二矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析解读

] 实验二、矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析 一、实验目的: 1、熟悉HFSS软件的使用; 2、掌握导波场分析和求解方法,矩形波导TE10基本设计方法; 3、利用HFSS 软件进行电磁场分析,掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。 二、预习要求 1、《 2、导波原理。 3、矩形波导TE10模式基本结构,及其基本电磁场分析和理论。 4、HFSS软件基本使用方法。 三、实验原理与参考电路 导波原理 3.1.1. 规则金属管内电磁波 对由均匀填充介质的金属波导管建立如图1 所示坐标系, 设z轴与波导的轴线相重合。由于波导的边界和尺寸沿轴向不变, 故称为规则金属波导。为了简化起见, 我们作如下假设: \ ①波导管内填充的介质是均匀、线性、各向同性的; ②波导管内无自由电荷和传导电流的存在; ③波导管内的场是时谐场。 图1 矩形波导结构 本节采用直角坐标系来分析,并假设波导是无限长的,且波是沿着z方向无衰减地传输,由电磁场理论, 对无源自由空间电场E和磁场H满足以下矢量亥姆霍茨方程: ` 式中β为波导轴向的波数,E0(x,y)和H0(x,y)分别为电场和磁场的复振幅,它仅是坐标x和y的函数。 以电场为例子,将上式代入亥姆霍兹方程 ,并在直角坐标内展开,即有 (,) (,) j z j z E E x y e H H x y e β β - - ?= ? ? = ?? 式1 220 E k E ?+=

2222 2 2222222222220 T c E E E E k E k E x y z E E E k E x y E k E β????+=+++?????=+-+??=?+=式2 k c 表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数,如果导波沿z 方向传播,则 k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。 由麦克斯韦方程组的两个旋度式,很易找到场的横向分量和纵向分量的关系式。具体过程从略,这里仅给出结果: 《 从以上分析可得以下结论: ^ (1)场的横向分量即可由纵向分量; (2) 既满足上述方程又满足边界条件的解有许多, 每一个解对应一个波型也称之为模式,不同的模式具有不同的传输特性; (3)k c 是在特定边界条件下的特征值, 它是一个与导波系统横截面形状、 尺寸及传输模式有关的参量。 由于当相移常数β=0时, 意味着波导系统不再传播, 亦称为截止, 此时k c =k, 故将k c 称为截止波数。 对于横电模(Ez=0)和横磁模(Hz=0)上式分别可以简化为 TE 模或H 模 ~ TM 模或E 模 3.1.2 矩形波导中传输模式及其场分布 由于矩形波导的四壁都是导体,根据边界条件波导中不可能传输TEM 模,只能传输TE 或TM 模。 % 这里只分析TE 模(Ez=0) 对于TE 模只要解Hz 的波动方程。即 2222()() 4 ()()z z x c z z y c z z x c z z y c H E j E k y x H E j E k x y H E j H k x y H E j H k y x ωμβωμββωεβωε???=-+???? ???=-? ???????=-+???? ???=-+????式2222,,z z x y c c z z x y c c H H E j E j k y k x H H H j H j k y k y ωμωμωμωμ???=-=????? ???=-=???? 式522222 222T c E E E x y k k β????=+???? ?=-?其中 式3 222 c x y k k k =+2222,,z z x y c c z z x y c c E E H j H j k y k x E E E j E j k y k y ωεωεβωμ??? ==-???? ????=-=-???? 式622200 0220z z c z H H k H x y ??++=??式7

波导定义

波导 波导,本意指一种在微波或可见光波段中传输电磁波的装置,用于无线电通讯、雷达、导航等无线电领域;宁波波导股份有限公司是专业从事移动通讯产品开发、制造和销售的高科技上市公司,主要产品有“波导”牌移动电话、掌上电脑、系统设备等;另有宁波波导萨基姆电子有限公司、宁波萨基姆波导研发有限公司。 1电磁波导 定义 波导(WAVEGUIDE),用来定向引导电磁波的结构。常见的波导结构主要有平行双 导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、圆波导、微带线、平板介质光波导和光纤。从引导电 Waveguide 磁波的角度看,它们都可分为内部区 域和外部区域,电磁波被限制在内部区域传 播(要求在波导横截面内满足横向谐振原 理)。[1] 通常,波导专指各种形状的空心金属 波导管和表面波波导,前者将被传输的电磁 波完全限制在金属管内,又称封闭波导;后 者将引导的电磁波约束在波导结构的周围, 又称开波导。当无线电波频率提高到3000 兆赫至300吉赫的厘米波波段和毫米波波 段时,同轴线的使用受到限制而采用金属波 导管或其他导波装置。波导管的优点是导体 损耗和介质损耗小;功率容量大;没有辐射 损耗;结构简单,易于制造。波导管内的电 磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界 条件求解,与普通传输线不同,波导管里不 能传输TEM模,电磁波在传播中存在严重 的色散现象,色散现象说明电磁波的传播速 度与频率有关。表面波波导的特征是在边界 外有电磁场存在。其传播模式为表面波。在 毫米波与亚毫米波波段,因金属波导管的尺 寸太小而使损耗加大和制造困难。这时使用 表面波波导,除具有良好传输性外,主要优 点是结构简单,制作容易,可具有集成电路 需要的平面结构。表面波波导的主要形式有: 介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。 基本特征 电磁波在波导中的传播受到波导内壁 的限制和反射。波导管壁的导电率很高(一 般用铜、铝等金属制成,有时内壁镀有银或 金),通常可假定波导壁是理想导体,波导

矩形波导模式和场结构分析毕业设计论文

毕业设计(论文)题目:矩形波导模式和场结构分析

目录 第一章绪论 (1) 1.1 选题背景及意义 (3) 1.2 国内外研究概况及发展趋势 (3) 1.3 本课题研究目标及主要内容 (4) 1.4 本章小结 (6) 第二章矩形波导的基本原理 (7) 2.1 导波的一般分析 (7) 2.1.1规则矩形波导内的电磁波 (7) 2.1.2波导传输的一般特性 (8) 2.2 矩形波导的分析 (8) 2.2.1矩形波导电磁场解 (8) 2.2.2矩形波导中的波型及截止波长 (11) 2.3 本章小结 (12) 第三章矩形波导的设计 (13) 3.1 创建矩形波导模型 (13) 3.2 求解设置 (20) 3.3 设计检查和运行仿真 (22) 3.3.1设计检查 (22) 3.3.2运行仿真分析 (23) 3.4 本章小结 (24) 第四章HFSS仿真结果及其分析 (25) 4.1 HFSS软件仿真原理 .............................. 错误!未定义书签。 4.2 HFSS仿真实现 (26) 4.3 仿真结果分析 (32) 4.4 本章小结....................................... 错误!未定义书签。第五章小结与展望 .. (33) 5.1 工作总结 (33) 5.2 工作展望 (33) 参考文献 (33) 致谢 (35) 附录 A 常用贝塞尔函数公式错误!未定义书签。

矩形波导模式和场结构分析 第一章 绪论 1.1选题背景及意义 矩形波导(circular waveguide)简称为矩波导,是截面形状为矩形的长方形的金属管。若将同轴线的内导线抽走,则在一定条件下,由外导体所包围的矩形空间也能传输电磁能量,这就是矩形波导。矩波导加工方便,具有损耗小和双极化特性,常用于要求双极化模的天线的馈线中,也广泛用作各种谐振腔、波长计,是一种较常用的规则金属波导。 矩波导有两类传输模式,即TM 模和TE 模。其中主要有三种常用模式,分别是主模TE 11模、矩对称TM 01模、低损耗的TE 01模。在不同工作模式下,截止波长、传输特性以及场分布不尽相同,同时,各种工作模式的用途也不相同。导模的场描述了电磁波在波导中的传输状态,可以通过电力线的疏密来表示场得强与弱。 本毕业课题是分析矩形波导中存在的模式、各种模式的场结构和传播特性,着重讨论11TE 、01TE 和01TM 三个常用模式,并利用MATLAB 和三维高频电磁仿真软件HFSS 可视化波导中11TE 、01TE 和01TM 三种模式电场和磁场波结构。 1.2国内外研究概况及发展趋势 由于电磁场是以场的形态存在的物质,具有独特的研究方法,采取重叠的研究方法是其重要的特点,即只有理论分析、测量、计算机模拟的结果相互佐证,才可以认为是获得了正确可信的结论。时域有限差分法就是实现直接对电磁工程问题进行计算机模拟的基本方法。在近年的研究电磁问题中,许多学者对时域脉冲源的传播和响应进行了大量的研究,主要是描述物体在瞬态电磁源作用下的理论。另外,对于物体的电特性,理论上具有几乎所有的频率成分,但实际上,只有有限的频带内的频率成分在区主要作用。 英国物理学家汤姆逊(电子的发现者) 在1893 年发表了一本论述麦克斯韦电磁理论的书,肯定了矩金属壁管子(即矩波导) 传输电磁波的可实现性, 预言波长可与矩柱直径相比拟, 这就是微波。他预言的矩波导传输, 直到1936 年才实现。汤姆逊成为历史上第一位预言波导的科学家。这证明科学预言可以大大早于技术的发展, 同时也表明了应用数学的威力。英国物理学家瑞利在1897 年发表了论文, 讨论矩形截面和矩形截面“空柱”中的电磁振动, 它们对应后来的矩形波导和矩波导, 并引进了截止波长的概念。瑞利得到了矩形波导中主模的场方程组,这是雷达中最常用的模式,

矩形波导的设计讲解

矩形波导模式和场结构分析 第一章 绪论 1.1选题背景及意义 矩形波导(circular waveguide)简称为矩波导,是截面形状为矩形的长方形的金属管。若将同轴线的内导线抽走,则在一定条件下,由外导体所包围的矩形空间也能传输电磁能量,这就是矩形波导。矩波导加工方便,具有损耗小和双极化特性,常用于要求双极化模的天线的馈线中,也广泛用作各种谐振腔、波长计,是一种较常用的规则金属波导。 矩波导有两类传输模式,即TM 模和TE 模。其中主要有三种常用模式,分别是主模TE 11模、矩对称TM 01模、低损耗的TE 01模。在不同工作模式下,截止波长、传输特性以及场分布不尽相同,同时,各种工作模式的用途也不相同。导模的场描述了电磁波在波导中的传输状态,可以通过电力线的疏密来表示场得强与弱。 本毕业课题是分析矩形波导中存在的模式、各种模式的场结构和传播特性,着重讨论11TE 、01TE 和01TM 三个常用模式,并利用MATLAB 和三维高频电磁仿真软件HFSS 可视化波导中11TE 、01TE 和01TM 三种模式电场和磁场波结构。 1.2国内外研究概况及发展趋势 由于电磁场是以场的形态存在的物质,具有独特的研究方法,采取重叠的研究方法是其重要的特点,即只有理论分析、测量、计算机模拟的结果相互佐证,才可以认为是获得了正确可信的结论。时域有限差分法就是实现直接对电磁工程问题进行计算机模拟的基本方法。在近年的研究电磁问题中,许多学者对时域脉冲源的传播和响应进行了大量的研究,主要是描述物体在瞬态电磁源作用下的理论。另外,对于物体的电特性,理论上具有几乎所有的频率成分,但实际上,只有有限的频带内的频率成分在区主要作用。 英国物理学家汤姆逊(电子的发现者) 在1893 年发表了一本论述麦克斯韦电磁理论的书,肯定了矩金属壁管子(即矩波导) 传输电磁波的可实现性, 预言波长可与矩柱直径相比拟, 这就是微波。他预言的矩波导传输, 直到1936 年才实现。汤姆逊成为历史上第一位预言波导的科学家。这证明科学预言可以大大早于技术的发展, 同时也表明了应用数学的威力。英国物理学家瑞利在1897 年发表了论文, 讨论矩形截面和矩形截面“空柱”中的电磁振动, 它们对应后来的矩形波导和矩波导, 并引进了

实验二、 矩形波导TE10的仿真设计与电磁场分析

实验二、矩形波导TE 10的仿真设计与电磁场分析 一、实验目的: 1、 熟悉HFSS 软件的使用; 2、 掌握导波场分析和求解方法,矩形波导TE 10基本设计方法; 3、 利用HFSS 软件进行电磁场分析,掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。 二、预习要求 1、 导波原理。 2、 矩形波导TE 10模式基本结构,及其基本电磁场分析和理论。 3、 HFSS 软件基本使用方法。 三、实验原理与参考电路 3.1导波原理 3.1.1. 规则金属管内电磁波 对由均匀填充介质的金属波导管建立如图1 所示坐标系, 设z 轴与波导的轴线相重合。由于波导的边界和尺寸沿轴向不变, 故称为规则金属波导。为了简化起见, 我们作如下假设: ① 波导管内填充的介质是均匀、 线性、 各向同性的; ② 波导管内无自由电荷和传导电流的存在; ③ 波导管内的场是时谐场。 图1 矩形波导结构 本节采用直角坐标系来分析,并假设波导是无限长的,且波是沿着z 方向无衰减地传输,由电磁场理论, 对无源自由空间电场E 和磁场H 满足以下矢量亥姆霍茨方程: 式中β为波导轴向的波数,E 0(x,y)和H 0(x,y)分别为电场和磁场的复振幅,它仅是坐标x 和y 的函数。 以电场为例子,将上式代入亥姆霍兹方程 ,并在直角坐标内展开,即有 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2222 222 2 T c E E E E k E k E x y z E E E k E x y E k E β????+= + + +?????= + -+??=?+=式2 k c 表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数,如果导波沿z 方向传播,则 k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。 由麦克斯韦方程组的两个旋度式,很易找到场的横向分量和纵向分量的关系式。具体过程从略,这里 00(,)(,)j z j z E E x y e H H x y e ββ--?=??=?? 式12 20E k E ?+=22 222 2 22T c E E E x y k k β ????=+???? ?=-?其中 式3 222 c x y k k k =+

波导

解释1:由引导电磁波的一组物质边界或构件制成的传输线。 注:最普通的波导形式是一根金属管子。其他形式有(电)介质棒或由导电材料和介质材料组成的混合构件。 是一种用来约束或引导电磁波的结构。通常,波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导,前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内,又称封闭波导;后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围,又称开波导。当无线电波频率提高到3000兆赫至300吉赫的厘米波波段和毫米波波段时,同轴线的使用受到限制而采用金属波导管或其他导波装置。波导管的优点是导体损耗和介质损耗小;功率容量大;没有辐射损耗;结构简单,易于制造。波导管内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件求解,与普通传输线不同,波导管里不能传输TEM模,电磁波在传播中存在严重的色散现象,色散现象说明电磁波的传播速度与频率有关。表面波波导的特征是在边界外有电磁场存在。其传播模式为表面波。在毫米波与亚毫米波波段,因金属波导管的尺寸太小而使损耗加大和制造困难。这时使用表面波波导,除具有良好传输性外,主要优点是结构简单,制作容易,可具有集成电路需要的平面结构。表面波波导的主要形式有:介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。 波导(waveguide)用来引导电磁波的结构。因此,在广义的定义下,波导不仅是指空金属管,同时也包括其他波导形式如脊形波导、椭圆波导、介质波导等;还包括双导线、同轴线、带状线、微带和镜像线、单根表面波传输线等(下图)。如不附加说明,一般说到波导就是指空心金属管。根据波导横截面的形状不同,可分为矩形波导、圆波导等。尽管已存在很多不同波导形式,且新的形式还不断出现,但直到目前,在实际应用中矩形波导和圆波导仍是两种最主要的波导形式。 电磁波在波导中的传播受到波导内壁的限制和反射。波导管壁的导电率很高(一般用铜、铝等金属制成,有时内壁镀有银或金),通常可假定波导壁是理想导体,波导管内的电磁场分布可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件来求解。波导管内不能传输TEM波,电磁波在波导中的传播存在着严重的色散现象。波导中可能存在无限多种电磁场的结构或分布,每一种电磁场的分布称为一种波型(模式),每一种波型都有对应的截止波长和不同的相速。横截面均匀的空心波导称为均匀波导,均匀波导中电磁波的波型可分为电波(TM模)和磁波(TE 模)两大类。 矩形波导 矩形波导中可以存在无限多个TMmn 模,波型指数m,n分别表示电磁场沿波导宽边a和窄边b 的驻波最大值的个数,m,n=1,2,… 最简单的是TM11模。同样,还可以存在无限多个TEmn模,m,n=0,1,2,…但不能同时为零。矩形波导中的最低模式是TE10模,其截止波长最长λC=2a,因此,就有可能在波导中实现单模传输。TE10模又称为矩形波导中的主波,是矩形波导中最重要的波型。实际应用中矩形波导都工作在TE10模。 圆波导 圆波导中也可以存在无限多个TMmn和TEmn模,m,n分别表示场沿圆周和径向的变化次数。圆波导中只存在TM0n,TMmn(m,n=1,2,…),TE0n和TEmn(m,n=1,2,…)模。圆波导中截止波长最长的主波是TE11模,其截止波长λc=3. 14a(a 为波导半径)。常用的模式还有TM01和TE01模。

毫米波微带波导过渡设计

毫米波微带波导过渡设计 喻梦霞 徐 军 薛良金 (电子科技大学物理电子学院,四川,成都,610054) 摘要 利用高频分析软件HFSS仿真分析了K a频段对脊鳍线微带波导过渡结构.将仿真结果对影响过渡性能的几个因素进行了分析,得出了可供工程应用参考的设计曲线,并根据曲线设计了微带波导过渡,在整个K a频段内,插入损耗小于1dB.实验结果与设计曲线结果相符. 关键词 毫米波,过渡,HFSS仿真,对脊鳍线. MI LLIMETE D WAVE WAVEGUIDE2TO2MICR OSTRIP TRANSITION DESIGN Y U Meng2X ia X U Jun X UE Liang2Jin (C ollege of Physical E lectronics,The University of E lectronic Science and T echnology of China, Chengdu,S ichuan610054,China) Abstract A K a2band antipodal finline waveguide2to2microstrip transition was analyzed and simulated by HFSS s oftware.The sev2 eral factors of simulation result for affecting per formance of transition are analyzed,and a design curve of transition available for project application is obtained.Based on the curve,the waveguide2to2microstrip transition is designed.The insertion loss of transi2 tion is below1dB in the K a2band.Experimental results coincide well with the design curve. K ey w ords millimterwave,transition,HFSS simulation,antipodal finline. 引言 随着毫米波技术在无线通讯和雷达系统中应用的不断增多,低成本、高可靠性的毫米波单片集成电路(M MIC)的使用也日趋广泛.在使用M MIC的毫米波接收系统中,对各个M MIC之间的连接采用的是微带线.而现有的毫米波测试系统采用的是矩形波导接口,这就要求在使用M MIC的系统中寻找一种低成本、低损耗、易制造的宽带矩形波导到微带过渡.目前常用的过渡结构有:阶梯脊波导过渡[1]、对脊鳍线过渡[2~4]、耦合探针过渡[5,6]等.这些过渡结构带宽较宽(在10~20%的带宽内回波损耗在15dB 以下),插入损耗小.其中阶梯脊波导过渡加工复杂,耦合探针过渡因波导出口方向与电路平行,使其不满足很多系统结构的要求,而对脊鳍线过渡,因其可以采用微波印制版技术制作在价廉的软基片上,现在已成为一种普遍运用的过渡结构. 最初由J.H.C.van Heuven[2]提出的对脊鳍线过渡,经M.Dydyk、B.D.M oore[3]、G.E.P onchak和Alan N.D owney[4]等人的不断完善和发展,现已可获得较宽的工作带宽.但是由于这种结构形式的过渡要产生一系数的谐振模式,如果某一谐振频率正好落入与其相连的器件的工作带宽,就可能使其对器件产生偶合,从而影响器件的性能.这就使得其设计变得复杂,因而妨碍了它的应用.为此,本文通过高频分析软件HFSS对引起过渡谐振的几个参数进行了分析,得出了可供工程应用参考的设计曲线以满足工程设计的应用. 1 过渡物理模型分析 本文采用了由G eorge E.P onchak和Alan N. D owney提出的过渡结构.在这个由波导到微带的过渡结构中,对脊鳍线的2个金属鳍逐渐渐变成微带线.制作在基片正反面的渐变鳍线构成了一圆弧形谐振区,谐振区内的金属块是用来抑制谐振的(如图1所示).过渡长度L,谐振区长度X及谐振块与金 第22卷第6期2003年12月红外与毫米波学报 J.In frared Millim.Waves V ol.22,N o.6 December,2003 稿件收到日期2002209209,修改稿收到日期2003202224Received2002209209,revised2003202224

8_18GHz同轴_波导转换器的分析与设计

第24卷增刊微波学报 V ol.24 Supplement 2008年10月 JOURNAL OF MICROW A VES Oct. 2008 8-18GHz同轴-波导转换器的分析与设计 魏振华田立松冯旭东尹家贤胡粲彬 (国防科学技术大学电子科学与工程学院一系,长沙410073) 摘要:同轴—波导转换器是微波系统中非常重要的元器件。基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能的影响,本文探讨了这两种结构应用在8-18GHz的宽带同轴—波导转换器设计中的情况。通过同轴—脊波导—矩形波导转换,并在脊波导上加载阶梯,很好地改善了阻抗匹配效果,提高了同轴—波导转换器的传输性能。仿真结果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴—波导转换器中的有效性,在8-18GHz的倍频程带宽内驻波小于1.22,产生的高次模非常小。 关键词:同轴—波导转换,脊波导,波导阶梯阻抗变换 Analysis and Design on 8-18GHz Coaxial-Waveguide Transition WEI Zhen-hua, TIAN Li-song, FENG Xu-dong, YIN Jia-xian,HU Can-bin ( College of Electronic Science and Engineering, NUDT,Changsha 410073, China ) Abstract:Coaxial-waveguide transition plays an important role in microwave system.Based on the influence of ridge waveguide and waveguide ladder exerted on transmission performance of electromagnetic wave in guided wave system, this paper discussed the situations of these two structures applied in the 8-18 GHz broadband coaxial-waveguide converter designation. Through the conversion of coaxial - ridge waveguide - rectangular waveguide, and ladder loading of ridge waveguide, the effectiveness of impedance matching is well-improved,and the transmission performance of coaxial-waveguide converter is highly-advanced. Simulation results proved the effectiveness of ridge waveguide and waveguide ladder in designing coaxial- waveguide converters.The VSWR of coaxial-waveguide transition designed in this paper is less than 1.22 in the 8-18 GHz octave bandwidth, and the high modulus produced is very small. Key words:Coaxial-waveguide transition, Ridge waveguide, Waveguide ladder impedance transformation 引言 同轴波导转换器在微波系统中应用非常广泛,是雷达设备、精确制导和微波测试电路中的重要无源连接器件。其设计的基本要求是:低驻波、低插入损耗。 同轴波导转换器的相对带宽比较小,驻波小于1.1时最多可以达到10%的带宽[1];在同轴腔体内设置周期性光带隙(PBG)的内导体介质支撑垫、矩形波导内设置阶梯阻抗变换,这种设计方法在25-40GHz的带宽内驻波小于1.25,但相对带宽只有46%[2];利用波导阶梯变换,在714-2500MHz的带宽内驻波小于1.74,但是驻波小于1.22的带宽范围只有其中的850-1150 MHz[3]。但是以上两种设计在超过倍频程的带宽时产生的高次模会比较大,影响传输性能。 本文所设计的8-18GHz的超宽带同轴波导转换器,工作频带超过倍频程,相对带宽达到72%,设计要求频带内驻波小于 1.22(即回波反射小于-20dB),而且要求频带内高次模非常小。同轴电缆采用常用的外半径为2mm,内半径为0.6mm,介电常数为2.08的标准50Ω同轴电缆。 1 理论分析 矩形波导中插入了探针,并在宽壁上开孔,这在波导同轴转换处引入了电抗,造成波的反射,使 *收稿日期:2008-04-06

Ka波段波导-微带转换电路

Ka 波段波导-微带转换电路 摘 要:本文在了解矩形波导、微带线的传输理论及分析了Ka 波段波导-微带转换电路的特性后,利用HFSS 仿真软件对它进行仿真并优化,设计出了Ka 波段波导-微带转换电路。满足实验要求:在Ka 频段26.5GHz~40GHz 内的输入/输出驻波比≤1.2,插入损耗≤1.0dB 。 关键词:Ka 波段,微带线,矩形波导,HFSS ,转换电路 Abstract :After the understanding about the transmission theory of rectangular waveguide and micro-strip line and the analysis of the speciality of Ka-band waveguide micro-strip transform circuit, this paper will design the Ka-band waveguide micro-strip transform circuit by the simulation and optimization of HFSS. It meets the requirements: the input/output standing wave ratio is 1.2 within the Ka frequency range 26.5GHz~40GHz and the insertion loss is 1.0dB. Key word :Ka-band ,Micro-strip, Waveguide, HFSS , Transform circuit 1. 引言 波导-微带转换电路是各种雷达、通讯、电子对抗等系统中最重要的一种无源转接过渡,又是各系统的重要组成部分,它性能的好坏直接影响系统的性能。随着微波集成电路的发展,微带线又是微波、低频段毫米波电路的主要传输线,而实现波导-微带的过渡就成了人们日益关注的问题。本文分析了Ka 波段波导-微带探针转换的微波特性,设计了宽频带Ka 波段波导—微带转换器,并用HFSS 软件对它进行仿真分析和验证,其仿真结果达到理想中的预期值。 2. 特性分析及设计思路 2.1 矩形波导的传输理论 在矩形波导中最低次模是10TE 模,它的各场表达式为: ()y 10=sin j t z a E j H x e a ωβωμππ-??- ??? ()y 10=s i n j t z a H j H x e a ωββππ-?? ??? ( )z 10=cos j t z H H x e a ωβπ-?? ??? 0x y y E E H === (1) 由22c k ωμε=决定的频率称为截止频率,用c f 表示;相应的波长称为截至波长,用c λ表示。对于矩形波导中的10TE 模,求得其截至波长为:

弯曲波导结构设计

实验三:弯曲波导结构设计 一、实验目的: 1、掌握弯曲波导的结构、工作原理 2、了解弯曲波导的分析方法及其仿真技术 二、实验原理: 在以玻璃为代表的透明介质衬底的表面上,附着上折射率比衬底略高、厚度可以与光波长相比较的薄膜,光就会被封闭于这种高折射率的薄膜层内构成波导。在二维光波导的情况下,只有沿厚度方向对光是封闭的,因此波导中的光可以沿表面自由传播。这么一来光就有可能因为衍射而被全部散失掉。但是,实际上利用光波导组成光调制器和光开关的时候,光沿表面方向也必须是封闭的,光波的分路、弯曲、耦合等也必须都能够控制,这就是三维光波导。 作为变换光路用的三维光波导器件,弯曲波导占据重要地位。其中,弯曲半径R 越小,传输距离越短,越容易产生光路变换。但是弯曲波导的损耗随着弯曲半径R 的减小而增加。图1表示弯曲部分的导模场分布。在弯曲波导中,为了使光波在传输过程中,其波面不被破坏,弯曲部分外侧波导光的相速度必须大于内侧波导光的相速度。因此,在弯曲外侧所看到的光波中,在c r r ≥部分的相速度会超过光速。这就意味着在c r r ≥部分的光波在半径方向上存在着辐射损耗。当设计弯曲波导时,正确评估这部分辐射损耗至关重要。假定在弯曲部分伴随着辐射而造成的波导光衰减常数为a ,在1<

再者,由图1可知,弯曲部分导模场分布偏向拐弯的外侧,该现象被称之为边缘模,这种场分布现象与波导的直线部分的场分布是不同的。由此而产生了弯曲部分入口处的场分布不匹配,入射光的部分功率辐射进衬底,这种损耗叫做模变换损耗,它与辐射损耗一起构成了决定弯曲波导损耗的主要原因。 三、实验内容: 利用OptiBPM6.0设计一个弯曲波导并观察并分析相关结果。 四、实验方法: 1、创建材料库: 材料库参数: Materials-Dielectric1: Name: cladding 2D Isotropic Refractive :1.442 3D Isotropic Refractive :1.442 Name: guide 2D Isotropic Refractive :1.45 3D Isotropic Refractive :1.45 Profiles-Channel: Name: channel 2D Profile definition material: guide

波导中微波的模式

波导中微波的模式(TE\TM\TEM) 首先什么是模式,模式就是没有激励源条件下的Maxwell方程的解。 T是transverse 的缩写,本意为“横向”。在模式中特指“与传输方向垂直的方向”。举例,若波导中电磁波传输方向为z方向,则横向为直角坐标系中的x,y 方向;或柱坐标系的\rho,\phi方向。 TE模式表示“所有电场分量均与传输方向垂直”,即“传输方向上没有电场分量”;TM模式同理。TEM模式意义为“电场、磁场分量均与传输方向垂直”。 TEM波就是横波,HxE与k三者相互垂直,其他方向都没有分量,但有的在波传播方向k上有H波或E波,这就产生了所谓的TE波或TM波 沿一定途径(比如说波导)传播的电磁波为导行电磁波。根据麦克斯韦方程,导行电磁波在传播方向上一般是有E和H分量的。 光的传播形态分类:根据传播方向上有无电场分量或磁场分量,可分为如下三类,任何光都可以这三种波的合成形式表示出来。

1、TEM波:在传播方向上没有电场和磁场分量,称为横电磁波。若激光在谐振腔中的传播方向为z方向,那么激光的电场和磁场将没有z方向的分量!实际的激光模式是准TEM模,即允许Ez、Hz分量的存在,但它们必须<<横向分量,因为较大的Ez 意味着波矢方向偏离光轴较大,容易溢出腔外,所以损耗大,难于形成振荡。 2、TE波(即s波):在传播方向上有磁场分量但无电场分量,称为横电波。在平面光波导(封闭腔结构)中,电磁场分量有Ey, Hx, Hz,传播方向为z方向。 3、TM波(即p波):在传播方向上有电场分量而无磁场分量,称为横磁波。在平面光波导(封闭腔结构)中,电磁场分量有Hy, Ex, Ez,传播方向为z方向。 三者可以这样记忆:横电磁波就是电和磁都是横着的,横电波只有电场是横的,横磁波就只有磁场是横的 而所谓横,就是与电磁波传播方向向量k是垂直的,可以想象一个单簇的光线就是一根直线的水管,在水管横截面上的就是与水流方向垂直的,所谓横,就是这个意思了。 微波工程、电磁场理论等课程中有关于TEM、TE、TM模的更为详细的描述。这里会存在一个疑问:不是说电场和磁场以及传播方向都正交相互垂直吗?那为啥会出现不相互垂直的TE/TM波 原因就在于,在介质中传播特别是折射后,产生了折射,原因在于介质,由于存在非正交分量,其实可能是导致介质损耗的原因所在! 波的振动方向最基本的情况可分两种: 图:振动方向与波的传播方向平行,这种波称为纵波

毫米波圆极化介质复合波导缝隙阵列 天线的HFSS设计

ANSYS 2011中国用户大会优秀论文 毫米波圆极化介质复合波导缝隙阵列天线的HFSS设计 刘吕昕] [闫丕贤埇 [北京理工大学信息与电子学院,北京 100081] [ 摘要 ] 本文利用ANSYS HFSS设计了一种工作于毫米波段的介质复合波导缝隙天线阵列,在介质覆铜板加工出缝隙并与波导槽复合形成辐射结构,利用HFSS软件仿真并分析缝隙导纳,泰勒加权 实现阵列综合。设计平面和差网络实现天馈系统一体化,利用介质覆铜板加工出圆极化栅,并 利用HFSS对整体天线进行了仿真调试。仿真结果与实物测试结果基本一致,验证了软件仿真 的准确性和设计的可行性。该天线成本低、一致性高、圆极化性能好,同时可以改善传统波导 缝隙天线成品率低、成本高和工作带宽窄的缺点,并将工作频带展宽至700MHz。 [ 关键词] ANSYS HFSS,毫米波,圆极化,波导缝隙天线 A Design of MMW Circular Polarization Dielectric Complex Waveguide Slot Array Antenna in HFSS [YAN Pixian, LIU Yong, LV Xin] [School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081] [ Abstract ] In this paper, a dielectric complex waveguide slot array antenna was studied by ANSYS HFSS, working in MMW-band. The radiating structure was formed by etching a slot in the copper which covered on the substrate composited with rectangular groove guide, then take a simulation and analysis of the slot admittance by software, combined with the array comprehension of HFSS. For the integration of antenna and feed network, compact structure was designed with a sum-difference network includes a flat magic T, and circular polarization grid machined with micro-strip substrate. Physical test results are basically consistent with the simulation results. The antenna offered advantages such as low cost, high consistency, circular polarization performance. It also improved the traditional waveguide slot antenna from low yield and high cost. [ Keyword ] ANSYS HFSS;MMW; circular polarization; waveguide slot array antenna 1前言 作为一种常用毫米波天线,波导缝隙天线加工成本高、成品率低。基于印刷缝隙的介质复合波导缝隙天线是将开缝的介质覆铜板复合到波导槽上,保有传统波导缝隙天线辐射效率的同时,还具有一致性好、生产工艺简单、成品率高、成本低等优点。有学者对覆介质的波导缝隙特性进行了一些辐射特性分析[1-2],加工实物的有单条复合缝隙阵[3]。本文

微波波导参数

普通矩形波导D 型法兰盘的尺寸 法兰盘型号FDM 、FDP 14 18 22 26 32 40 48 58 70 IEC 法兰盘型号FDR 、UDR 14 18 22 26 32 40 48 58 70 相配的波导型号 BJ14 BJ18 BJ22 BJ26 BJ32 BJ40BJ48 BJ58 BJ70 图 图22图22图22图22图22图22图23图23图23基本直径A 8.00 8.00 6.35 6.35 6.35 6.35 6.35 6.35 5.00 配合符号 A9 A9 A9 A9 A9 B9 B9 B9 B9 下 +.280 +.280 +.280+.280+.280+.150+.150 +.150 +.140定 位孔偏差 上 +.316 +.316 +.316+.316+.316+.186+.186 +.186 +.170配合符号 A15 A15 A15 A15 A15 B15 B15 B15 B15 下 +.282 +.282 +.282+.282+.282+.150+.150 +.150 +.140孔 的 尺 寸 边 接 孔 偏差 上 +.860 +.860 +.860 +.860 +.860+.730+.730 +.730 +.620a 165.10 129.54109.2286.3672.1458.1747.549 40.386 34.849b 82.55 64.77 54.61 43.18 34.0429.0822.149 20.193 15.799a1 169.16 133.60113.2890.4276.2061.4250.80 43.64 38.10b1 86.61 68.83 58.67 47.24 38.10 32.3325.40 23.44 19.05 p 220.70 185.00161.10138.10114.3098.4 88.9 81.0 68.3 N 138.10 120.00106.4095.3076.2069.9063.50 61.90 49.20x 12.09 12.09 12.0912.0910.0610.0610.06 10.05 10.05y 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Rmax 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5 R1 8 8 8 8 6 6 6 6 4 R2 3.65 3.65 3.65 3.65 2.40 2.40 2.40 2.40 1.80 C 120.600 100.0890.7868.28 65.08 54.3628.58 25.40 22.22D 200.00 165.00141.98119.0697.2282.3071.82 64.66 55.58E 63.46 50.04 47.64 34.0829.3625.4022.22 19.04 15.88F 117.38 100.0887.3876.2059.1453.3446.44 44.46 36.52ΦZ 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.10 0.10 0.10 0.10 基本尺寸 210.7 175.0 151.1128.1106.390.4 80.9 73.0 63.3 G 偏差 ±0.50 ±0.50 ±0.50 ±0.50 ±0.40 ±0.40±0.40 ±0.40 ±0.30

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