多模波導的傳輸和輻射理論建模與數(shù)值分析.pdf

1、模式是傳輸在波導中電磁波的一個重要特性，當波導中的電磁波以多個模式傳輸功率時就稱其為多模波導。多模波導在雷達領域及高功率微波領域均有著廣泛的應用，對其進行準確的電磁建模與高效的數(shù)值分析是相關領域工程應用的基礎。本文基于積分方程方法（IE）對多模波導傳輸輻射問題進行了有效的電磁建模，在波導激勵端口應用模式匹配法（MM）描述激勵面上入射波和反射波的模式分布情況。實際工程應用中，多模波導不僅包含金屬結構還包含復雜的介質(zhì)結構，介質(zhì)結構的存在往往

2、很大程度上影響著多模波導內(nèi)部的場分布情況，因此對含金屬-介質(zhì)復合結構的多模波導準確計算至關重要，本文采用表面積分方程方法對金屬介質(zhì)問題進行了一體化求解。高功率微波中的多模波導如Denisov輻射器、波束波導天線等往往具有結構復雜、電尺寸大等特點，本文法對這些實際工程應用中常見的多模波導結構進行了一體化全波仿真，并針對所得結果給出了物理解釋。
　　首先，本文介紹了本文研究的基礎即積分方程方法，針對波導傳輸輻射一般模型介紹了IE-MM

3、混合方法的建立過程，通過數(shù)值算例對模式匹配法中模式數(shù)量選擇進行了解釋，進一步為了對有限金屬壁厚的波導輻射問題電磁建模，本文采取了內(nèi)外分區(qū)的建模方法，在波導內(nèi)部和外部作為子區(qū)域問題分別建立積分方程，最終使用矩量法對所建立方程進行求解，通過與商用軟件結果的對比證明了方法的正確性。
　　其次，本文針對含有金屬-介質(zhì)復合結構的多模波導模型采取了EFIE-PMCHW-MM混合方法求解，在金屬表面建立電場積分方程（EFIE），在介質(zhì)表面建立

4、PMCHW方程，在波導端口建立模式匹配（MM）方程。在混合方法中未知量僅存在于待求目標表面，與其他全波方法相比未知量大大減少，求解效率也大幅提高。
　　再次，本文介紹了使用多層快速多極子方法加速IE-MM求解的策略，并從原理上分析了該方法計算復雜度和存儲復雜度，數(shù)值結果表明這種結合策略可以有效提高求解效率。
　　最后，本文對IE-MM方法的工程應用進行了拓展，對指數(shù)型喇叭天線、Denisov型輻射器、波束波導型天線進行了一體