微波無(wú)源器件有限元—模式匹配法研究.pdf

1、目前微波管模擬器套裝軟件（Microwave-Tube Simulator Suite，簡(jiǎn)稱MTSSTM）主要使用吸收邊界條件（ABC）處理人工截?cái)噙吔?。但是，在網(wǎng)格剖分時(shí)，ABC要求吸收邊界距離散射體最近的距離必須大于等于電磁波的半個(gè)波長(zhǎng)。另外，因?yàn)槎丝谧杩购蜕F(xiàn)象，所以ABC在處理多模散射時(shí)也有一定的局限性。本文主要研究有限元—模式匹配法（FEM-MMM）來(lái)處理MTSS中模型的截?cái)噙吔纭EM-MMM通過(guò)模式分析，進(jìn)一步考慮多模情

2、形。結(jié)合正交模式場(chǎng)，求解由亥姆霍茲方程弱形式生成的有限元方程組，可以直接計(jì)算出無(wú)源微波器件的S參數(shù)以及矢量基函數(shù)的插值系數(shù)等。FEM-MMM采用模式匹配法處理邊界。模式匹配法可以縮小截?cái)噙吔缗c目標(biāo)區(qū)域的距離，從而縮小計(jì)算區(qū)域，進(jìn)一步縮短求解時(shí)間。
　　本論文圍繞FEM-MMM、ABC和亥姆霍茲方程弱形式來(lái)展開(kāi)研究工作，主要的工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、第二章系統(tǒng)地介紹了有限元理論，研究分析了大型廣義本征值問(wèn)題，運(yùn)用相關(guān)理

3、論編寫(xiě)了通用的本征值求解算法，計(jì)算了諧振腔的本征值，與理論值的最大誤差是-1.0354％。在第三章運(yùn)用數(shù)值方法給出了矩形波導(dǎo)多個(gè)模式的模式圖。
　　2、第四章運(yùn)用 FEM-MMM對(duì)無(wú)源微波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入分析，推導(dǎo)了多端口網(wǎng)絡(luò)的亥姆霍茲方程弱形式。首先推導(dǎo)了單端口網(wǎng)絡(luò)添加單模激勵(lì)和任意場(chǎng)激勵(lì)的有限元方程組。然后分析了多端口同時(shí)添加任意激勵(lì)函數(shù)的情形。給出了在兩個(gè)端口同時(shí)添加任意場(chǎng)激勵(lì)的有限元方程組。最后，推導(dǎo)了FEM-MMM結(jié)合AB

4、C的有限元方程組，使其適用范圍更廣。本文實(shí)現(xiàn)用數(shù)值積分添加主模激勵(lì)，求解以上有限元方程組即可直接得到無(wú)源微波器件的S參數(shù)及矢量基函數(shù)的插值系數(shù)。
　　3、第五章對(duì)矩形波導(dǎo)、T形波導(dǎo)和盒形窗等無(wú)源微波器件進(jìn)行了計(jì)算分析。本文計(jì)算的 S參數(shù)分別與CST、HFSS計(jì)算的 S參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算結(jié)果分別與CST、HFSS計(jì)算結(jié)果十分吻合，證明了本文方法的可靠性和有效性。用計(jì)算所得的矢量基函數(shù)的插值系數(shù)重構(gòu)了求解區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)，通過(guò)后處理技術(shù)畫(huà)