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天津工业大学毕业论文基于有限元的圆形金属谐振腔的分析姓名：刘永超院(系)别：电子与信息工程学院专业：通信工程班级：通信094指导教师：夏靖2013年 6 月7 日天津工业大学毕业论文任务书院长教研室主任指导教师毕业论文开题报告表天津工业大学毕业论文进度检查记录摘要微波谐振腔其内部的电磁场分布在空间三个坐标方向上都将受到限制，均成驻波分布。
微波谐振腔在微波电路中起着与低频LC振荡回路相同的作用，是一种具有储能和选频特性的谐振器件。
本文主要研究圆形谐振腔的特性参数的计算和仿真，以及谐振腔内部的电磁场分布和变化规律。
研究方法主要是利用有限元分析法，有限元方法是求解偏微分方程的数值方法之一，广泛应用于各种工业领域。
有限元方法是求解电磁场问题的重要工具之一。
仿真所用软件为HFSS，对圆形谐振腔进行仿真，然后与理论结果进行比较。
本文首先介绍了有限元和圆形谐振腔的理论基础知识。
然后用HFSS对圆形金属谐振腔的特性参数和其内部的电磁场分布进行仿真。
仿真结果有：圆形金属谐振腔中各种不同TEM模式的谐振频率、品质因数和收敛性；圆形金属谐振腔内横截面和垂直截面上的电磁场分布与变化；腔体内介质高度对特性参数的影响。
关键词：圆形金属谐振腔；有限元法；HFSS仿真；电磁场ABSTRACTMicrowave resonant cavity of internal electromagnetic field distribution in space three coordinate direction will be limited, all into standing wave distribution. Microwave resonator in microwave circuits plays and low frequency oscillation loop of the same role LC, and it is one kind of devices which has the energy storage and choose the resonance frequency characteristics. In this paper, we study the properties of the circular cavity parameters calculation and simulation, and the change regularity and the electromagnetic field distribution within the cavity. Research methods mainly using finite element analysis, finite element method (fem) is one of the numerical methods for solving partial differential equations, is widely used in various industrial fields. The finite element method is one of the important tool for solving electromagnetic field problems. Simulation software HFSS, used for circular cavity are simulated, and compared with theoretical results.Firstly，this paper introduces the finite element theory of circular cavity basics. Then use HFSS to circular metal characteristics of the resonator parameters and its internal distribution of the electromagnetic field simulation. Simulation results are: the circular metal cavity in various different TEM mode's resonant frequency, quality factor and convergence; Circular metal inside the cavity of the electromagnetic field distribution on cross section and vertical section and change;Cavity medium height on the influence of the characteristic parameters in the body.Key words：Circular metal resonator; finite element method; HFSS simulation;electromagnetic waves目录第一章绪论 (1)1.1研究背景以及概况 (1)1.2谐振腔的发展和应用 (2)1.3本文的主要工作 (3)第二章有限元分析方法 (4)2.1有限元方法简介 (4)2.1.1有限元方法由来 (4)2.1.2有限元方法基本特点 (4)2.1.3有限元方法的基本步骤 (5)2.1.4应用领域 (6)2.2有限元分析示例 (6)2.3有限元方程组的求解 (9)2.3.1确定性问题矩阵方程求解的直接法 (9)2.3.2确定性问题矩阵方程求解的迭代法 (10)2.3.3本征值问题的解 (11)第三章圆形金属谐振腔理论 (12)3.1引言 (12)3.2谐振频率f0的概念与计算方法 (13)3.3品质因数Q0的概念与计算方法 (15)3.4圆形金属谐振腔 (17)3.4.1圆形金属谐振腔基本原理 (17)3.4.2圆柱腔中的三种常用振荡模 (18)3.5圆形金属谐振腔的激励与耦合 (23)3.5.1直接耦合 (23)3.5.2环耦合与探针耦合 (24)3.5.3孔耦合 (24)第四章微波谐振腔的仿真 (25)4.1电磁仿真软件ANSOFT HFSS (25)4.2圆形金属谐振腔的的仿真步骤 (26)4.2.1圆柱谐振腔的品质因数和谐振频率仿真 (26)4.2.2圆柱谐振腔内部电磁场分布仿真 (30)结束语 (42)参考文献 (43)附录 (44)外文资料 (44)中文翻译 (47)谢辞 (49)第一章绪论1.1研究背景以及概况目前，随着移动通信、卫星通信的迅速发展和通讯设备进一步向多功能、便携化、全数字化和高集成化方向发展，极大地推动了电子元器件的小型化、片式化和低成本化，以及其间组合化、功能集成化的发展进程。
《无线电基础（第五版）习题册》答案课题一无线电通信系统和信号传输任务1 认识无线电通信系统和无线电波一、填空题1．发送设备接收设备传输媒质2．波长频率波长频率3．20 Hz 20 kHz 340 m/s 很快很远4．3000 GHz以下频率频率5．300 k～3000 kHz 3 M～30 MHz 30 M～300 MHz6．中短超短超短微7．地天直射8．波长波长小波长小长中9．天波短10．差大短地波天波11．超短波地波天波直射波12．直射波高远13．地天反射直射反射直射14．基带15．基带高频振荡基带已调波16．基带载波已调波17．数学表达式波形图18．频率频谱分析仪19．抗干扰共地地线黑信号线测试钩红二、选择题1．D 2．A 3．D 4．B 5．D 6．B 7．C 8．C 9．A 10．A 11．B 12．B 13．D 14．A 15．D 16．A 17．C 18．B三、综合题1．答：无线电通信系统由发送设备、接收设备和传输媒质三大部分组成。
发送设备把发信者需要发送的原始信息先变换为电信号，再转换成高频振荡信号并由天线发射出去。
传输媒质是无线电通信系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。
接收设备先把从天线接收下来的无线电波转换为高频振荡信号，然后转换成低频电信号，再还原出原来传递的信息。
2．答：（1）无线电波是指频率为3000 GHz以下，在自由空间传播的电磁波。
（2）无线电波是一横电磁波，无线电波在真空中的传播速度与光速c相等，无线电波在自由空间或介质中传播具有直射、折射、反射、散射、绕射以及吸收等特性。
3．答：（1）无线电波一般分为甚长波、长波、中波、短波、超短波、微波等波段。
（2）无线电声音广播一般使用中波、短波和超短波波段，而电视广播一般使用超短波或微波波段。
4．答：无线电波的传播方式主要有地波传播、天波传播和直射波传播等三种。
5．答：（1）调制就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的基带信号搭载到高频振荡信号上的过程。
PCMR体声波谐振器多物理场仿真及芯片制作研究PCMR体声波谐振器是一种能在微尺度下实现多物理场相互耦合的器件。
通过对其进行多物理场仿真及芯片制作的研究，可以有效地优化其工作性能和功能。
首先，进行多物理场仿真是研究PCMR体声波谐振器的重要步骤之一。
通过利用计算机模拟，可以模拟器件在不同参数和工作条件下的响应，包括声波传输、电场分布以及机械振动等。
通过仿真，可以得到器件在不同频率和振幅下的响应曲线，从而优化其性能，并预测其在实际工作中的行为。
其次，进行芯片制作是PCMR体声波谐振器研究的关键环节。
通过微电子加工技术，可以在微纳米级别上制作出高精度的PCMR体声波谐振器芯片。
首先，使用电子束光刻技术将设计好的谐振器结构图案转移到光刻胶层上，然后进行干法和湿法刻蚀，最后利用金属蒸发和电镀等工艺完成谐振器的制作。
这些加工工艺的优化对于实现高精度和高性能的PCMR体声波谐振器至关重要。
最后，基于多物理场仿真和芯片制作的研究成果，可以进一步应用于PCMR体声波谐振器的性能优化和功能扩展。
例如，通过调整谐振器的结构参数，可以实现不同频率范围内的谐振效应，从而适应不同的应用场景。
同时，还可以将PCMR体声波谐振器与其他器件集成，实现多功能芯片，例如温度传感器和压力传感器等。
这些研究成果的应用将进一步推动PCMR体声波谐振器在微纳米技术领域的发展和应用。
综上所述，通过多物理场仿真和芯片制作的研究，可以有效地优化PCMR体声波谐振器的工作性能和功能，并促进其在微纳米技术领域的应用。
这将为微电子学、传感器技术等领域的发展提供重要的技术支持和解决方案。
除了多物理场仿真和芯片制作，还有一些相关的研究内容可以进一步探索和研究。
首先，PCMR体声波谐振器的材料选择是非常重要的。
合适的材料不仅可以提高谐振器的效率和性能，还可以扩展其应用领域。
目前，一些先进的材料，如氮化硅和氮化铝等，已经被研究用于PCMR体声波谐振器的制备。
基于自激振荡的微机械谐振器驱动方法研究微机械谐振器是一种重要的微纳米器件，常用于振动传感、振动能量采集和通信等领域。
为了实现微机械谐振器的高效驱动，提高其振幅和频率的精确控制，研究者们提出了基于自激振荡的驱动方法。
自激振荡是一种非线性现象，指的是系统在一定条件下能够产生自我激励的振荡。
在微机械谐振器中，通过合理设计谐振器的结构参数和电路条件，可以实现自激振荡驱动，从而提高谐振器的驱动效率和性能。
微机械谐振器的驱动方法通常包括电力驱动和力驱动两种方式。
基于自激振荡的方法主要是电力驱动的一种变种，通过将驱动信号与微机械谐振器的非线性特性相结合，实现自我激励振荡。
基于自激振荡的微机械谐振器驱动方法主要包括以下几个方面的研究：1.静电耦合驱动：静电耦合驱动是一种常用的驱动方式，通过在微机械谐振器两侧施加静电力来实现驱动。
在基于自激振荡的驱动方法中，可以利用非线性特性，通过调整静电耦合力的大小和相位，实现谐振器的自激振荡。
2.电荷泵驱动：电荷泵驱动是一种高效的驱动方式，通过周期性改变微机械谐振器的电荷分布，从而实现谐振器的驱动。
在基于自激振荡的驱动方法中，可以利用电荷泵驱动的非线性特性，实现谐振器的自激振荡。
3.静电力调谐：静电力调谐是一种常用的谐振器频率调谐方法，通过改变谐振器的电容或电压来实现频率调谐。
在基于自激振荡的驱动方法中，可以利用静电力调谐的非线性特性，实现谐振器的自激振荡。
4.锚点挠性调谐：锚点挠性调谐是一种通过改变谐振器的锚点结构的方法来实现频率调谐。
在基于自激振荡的驱动方法中，可以利用锚点挠性调谐的非线性特性，实现谐振器的自激振荡。
基于自激振荡的微机械谐振器驱动方法具有以下优点：1.高效性能：通过合理设计谐振器的结构和驱动电路，可以实现高效的能量转换和频率调谐，提高谐振器的驱动效率和性能。
2.精确控制：利用谐振器的非线性特性，可以实现精确的振幅和频率控制，满足不同应用需求。
3.稳定性：基于自激振荡的驱动方法具有较高的稳定性，能够抵抗外部干扰和温度变化的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
物理学中的谐振器特性分析方法在物理学中，谐振器是指一种能够通过振动周期性地蓄积和释放能量的系统。
谐振器广泛应用于各个领域，包括机械、电子、光学等领域。
了解和掌握谐振器的特性分析方法是非常重要的，下面我们将具体介绍几种谐振器特性分析方法。
一、等效电路法等效电路法是一种常用的谐振器特性分析方法。
在这种方法中，我们将谐振器看做一个RCL电路，其中R代表电阻，C代表电容，L代表电感。
通过这个等效电路模型，我们可以计算出谐振器的共振频率、谐振电容、谐振电感、品质因数等信息。
为了进行等效电路分析，我们需要先测量出谐振器的一些参数，如开路和短路条件下的电容值、电感值、串联电感和电容下的品质因数等。
然后，根据这些参数，可以建立电路模型并进行计算。
二、频域分析法频域分析法是一种基于傅里叶变换的谐振器特性分析方法。
该方法利用信号在不同频率上的响应特性来刻画谐振器的特性。
在频域分析中，我们将输入信号和输出信号均表示为复数形式。
然后，我们对这些信号进行傅里叶变换，将其转换到频域中。
在频域中，我们可以计算出谐振器的频率响应，并且可以通过对不同频率下的响应进行比较来刻画谐振器的特性。
三、时域分析法时域分析法是一种基于时域信号处理的谐振器特性分析方法。
该方法利用输入信号和响应信号之间的关系，来刻画谐振器的特性。
在时域分析中，我们将输入信号和输出信号都表示为时间域中的函数。
然后，我们通过对这些信号进行处理，来分析谐振器的特性。
比如，我们可以计算出谐振器的响应时间、上升时间、下降时间等参数，从而分析谐振器的特性。
四、参数特性分析法参数特性分析法是一种基于参数变化的谐振器特性分析方法。
该方法利用调整谐振器的电路参数，来观察谐振器的变化情况。
在参数特性分析中，我们可以通过改变谐振器的电容、电感或电阻等参数，来研究谐振器的不同特性。
比如，我们可以改变谐振电容的大小，来观察共振状态下谐振器所消耗的电流。
同样，我们还可以通过调整电感、电阻等参数来研究谐振器的共振频率、品质因数等特性。
光通信波导微环谐振器的设计与仿真探究【关键词】光通信；波导微环谐振器；设计与仿真5G时代来临不仅改变了生活方式，同时也使人们对通信提出了更高的要求，尤其是数据传输规模以及时间。
以光波作为介质进行信息传输的优势在于传输速度较快并且带宽更宽，同时传输过程中能耗较少。
光波导对光通系统而言具有十分重要的作用，基于全反射加强对广播传输的控制，在既定范围内实现信息传输。
以光波为主体而生成的微环谐振器因具有波导间耦合作用致使各器件对波长由较为严格的要求，而耦合作用所取得的效果主要取决于耦合间距。
1光通信概述按光源特性，可分为激光通信和非激光通信;按传输介质，可分为大气激光通信和光纤通信;按传输波段，可分为可见光通信、红外光通信和紫外光通信。
光是一种电磁波，其波长通常在1×103~5×10-3微米范围内。
光的频率高，光通信的频带宽，通信容量大，抗电磁干扰能力强。
激光通信是利用激光传输信息的，激光是一种方向性极强的相干光;非激光通信是利用普通光源(非激光)传输信息的，如灯光通信。
大气激光通信不需要铺设线路，便于机动，但易受气候和外界影响，适用于地面近距离通信和通过卫星反射进行的全球通信。
采用激光器作光源的光纤通信，不受外界干扰，保密性好，使用范围广，适用于陆上和越洋的远距离大容量的干线数字通信。
采用发光管作光源的光纤通信属非激光通信，适用于近距离、中小容量的模拟或数字通信。
可见光通信是利用可见光(波长0.76~0.39微米)传输信息的。
早期的可见光通信采用普通光源，如火光通信、灯光通信、信号弹等。
由于普通光源散发角大，通信距离近，只能作为视距内的辅助通信。
近代的可见光通信有氦氖激光（红色)通信和蓝绿激光通信。
红外光通信是利用红外线(波长1000~0.76微米)传输信息的。
紫外光通信是利用紫外线(波长0.39~5×10-3微米)传输信息的。
通常所说的红外光通信和紫外光通信均为非激光通信。
