矩形波导的设计讲解

1 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TE11模、矩对称 TM01模、低损耗的 TE01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2 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 , 并讨论了矩波导中的主模。 到1931 年, 人们看出了波导技术会有实用价值。 ...