微波无源器件有限元—模式匹配法研究

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2、导下进巧的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加｛＾＾示注和致谢的地方外，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为获得电子科技大学或其它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巧已在论文中作了明确的说明并表示谢意。扛炎日期２口作者签名：：公年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可［

3、＾（将学位论文的全部或部分内容编入有关數据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇。编学位论文（遽）保密的学位论文在解密守此规后应定：丸人导师签作者签名名：／谷：八日期年日矣月如分类号密级注1UDC学位论文微波无源器件有限元—模式匹配法研究（题名和副题名）文庆（作者姓名）指导教师胡玉禄副研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2016.4.论文答辩日期2016.5.学位授予单位和日期电子科技大学2016年6

4、月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchofFiniteElementMethod–ModeMatchingMethodforPassiveMicrowaveDevicesAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:QingWenSupervisor:YuluHuSchool:SchoolofPhysicalElectr

5、onics摘要摘要目前微波管模拟器套装软件（Microwave-TubeSimulatorSuite，简称MTSSTM）主要使用吸收边界条件（ABC）处理人工截断边界。但是，在网格剖分时，ABC要求吸收边界距离散射体最近的距离必须大于等于电磁波的半个波长。另外，因为端口阻抗和色散现象，所以ABC在处理多模散射时也有一定的局限性。本文主要研究有限元—模式匹配法（FEM-MMM）来处理MTSS中模型的截断边界。FEM-MMM通过模式分析，进一步考虑多模情形。结合正交模式场，求解由亥姆霍兹方程弱形式生成的有限元方程组，可以直接计

6、算出无源微波器件的S参数以及矢量基函数的插值系数等。FEM-MMM采用模式匹配法处理边界。模式匹配法可以缩小截断边界与目标区域的距离，从而缩小计算区域，进一步缩短求解时间。本论文围绕FEM-MMM、ABC和亥姆霍兹方程弱形式来展开研究工作，主要的工作内容和创新点如下：1、第二章系统地介绍了有限元理论，研究分析了大型广义本征值问题，运用相关理论编写了通用的本征值求解算法，计算了谐振腔的本征值，与理论值的最大误差是-1.0354%。在第三章运用数值方法给出了矩形波导多个模式的模式图。2、第四章运用FEM-MMM对无源微波网络进

7、行了深入分析，推导了多端口网络的亥姆霍兹方程弱形式。首先推导了单端口网络添加单模激励和任意场激励的有限元方程组。然后分析了多端口同时添加任意激励函数的情形。给出了在两个端口同时添加任意场激励的有限元方程组。最后，推导了FEM-MMM结合ABC的有限元方程组，使其适用范围更广。本文实现用数值积分添加主模激励，求解以上有限元方程组即可直接得到无源微波器件的S参数及矢量基函数的插值系数。3、第五章对矩形波导、T形波导和盒形窗等无源微波器件进行了计算分析。本文计算的S参数分别与CST、HFSS计算的S参数进行对比，计算结果分别与C

8、ST、HFSS计算结果十分吻合，证明了本文方法的可靠性和有效性。用计算所得的矢量基函数的插值系数重构了求解区域内的电场，通过后处理技术画出了各器件的电场云图，分别见附录1、附录2和附录3。4、HFSS仅可以选择主模或者某个高次模做激励源。本文创新性地提出了一种添加任意函数作为激励源的方法。该函数至少是在