探索复杂结构脊波导传输特性的有限元分析

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1、中图分类号：TN814密级：公开UDC：本校编号：博士学位论文论文题目：复杂结构脊波导传输特性的有限元分析研究生姓名：陈小强学号：0104009博士生指导教师姓名：任恩恩职称：教授学科门类：工科学科专业：交通信息工程及控制论文提交日期：2010.06.19论文答辩日期：2010.6.17答辩委员会主席：钱清泉万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

2、已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据博士学位论文复杂结构脊波导传输特性的有限元分析AnalysisforTransmissionCharacteristicsofRidgeWav

3、eguidebyFiniteElementMethod作者姓名：陈小强学科、专业：交通信息工程及控制学号：0104009指导教师：任恩恩完成日期：2010年6月兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity万方数据兰州交通大学博士学位论文摘要脊波导作为微波通信器件广泛应用于微波传输，空间技术、电磁兼容与电子对抗等领域。随着我国铁路信息化和现代化的发展，由脊波导构成的微波器件被广泛应用于铁路交通信息系统及控制系统领域。例如用双脊波导制作的铁路驼峰测速雷达，以及应用于高速铁路无线通信系统中的波导器件等。论文以复杂结构脊波导为主要研究对象，首次提出了三角形和倒梯形两种新型脊

4、波导。利用有限元数值方法，在Matlab环境下求解了具有复杂横截面结构脊波导的传输特性。系统研究了矩形脊波导、梯形脊波导、倒梯形脊波导和三角形脊波导的截止特性、单模传输带宽、阻抗特性、衰减特性和功率容量。研究结果表明：倒梯形脊波导具有高的归一化截止波长和单模带宽，低的特性阻抗，高的功率容量，适用于微波传输；窄边和三角形双脊波导的单模带宽小，不适用于单模信息传输，可应用于制作微波滤波器；非对称双脊波导双脊平移和单脊平移时，其单模带宽和截止波长变化与脊对称时的变化相接近，但错脊波导归一化截止波长较大，单模带宽变化范围较小，所以错脊波导不适用于宽带传输系统，可用于窄带传输系统和制作微波滤波

5、器。复杂结构脊波导传输特性的研究，使得有相同传输特性的微波器件的结构尺寸减小，易于实现微波器件的小型化和集成化。考虑到脊波导器件在使用和制造中可能产生的结构变形，论文重点研究了变形对常规单脊波导与双脊波导传输特性的影响。研究结果表明：错位变形时，只要变形在工程允许的10%范围内，其对截止特性和单模带宽的影响小于3%，这类变形对参数的影响在工程应用中可以不予考虑。单脊、双脊波导双边受力变形时，对传输特性的影响较大，且使特性变差，应用时应尽量避免；对不同的受力变形，只要保证变形程度不超过相应结构尺寸的8%时，可保证工程实际应用中主要传输特性的变化小于10%。本论文通过对复杂结构脊波导传输

6、特性的系统分析，为设计新型微波、毫米波脊波导器件及拓展脊波导的工程应用范围提供了坚实的理论基础。得到的相关结论，将为脊波导器件的设计和工程应用提供指导。关键词：脊波导；有限元法；截止波长；特性阻抗；衰减常数论文类型：应用基础研究-I-万方数据复杂结构脊波导传输特性的有限元分析AbstractAsoneoftheimportanthigh-frequencycommunicationdevice,ridgedwaveguideshavebeenwidelyusedasmicrowavetransmissionlinesinwirelesscommunications,spacetech

7、nology,electromagneticcompatibility(EMC),andelectroniccounter-measures(ECM).WiththeincreasingmodernizationandinformationizationofChineserailwaysystem,microwavecomponentssuchasridgedwaveguideshavebeenemployedinrailwaytransportation