圆波导TE21模式激励器 中期答辩.

1、答辩人：汪艳指导老师：李少甫教授 圆波导TE21模式激励器 中期答辩 西南科技大学 信息工程学院 1 CONTENTS 1 2 研究内容 设计目标 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 2 3设计流程 4进度安排 5已完成的工作 研究 内容 掌握麦克斯韦理论方法并分析得到圆波导在 TE21模式下的场分布； 基于开放式谐振腔理论，提出一种圆波导 TE21模式激励器的设计方法； 利用HFSS软件仿真优化设计矩形波导TE10-同轴波导TE21模式激励器，根 据同轴到圆波导的渐变过渡，设计同轴TE21 -圆波导TE21

2、模式激励器，最 后基于开放式谐振腔理论对其进一步进行仿真优化设计。 1 研究内容 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology A B C 应用HFSS设计线极化的 圆波导TE21模式激励器， 在中心频率96 GHz下的 模式纯度大于95%，转 换效率大于90%的相对 带宽大于5%； 给出仿真设计模 型图及S参数曲线 和场分布图。 如果时间允许，运 用HFSS设计圆极化 的圆波导TE21模式 激励器，要求同样 的指标。 1 设计目标 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Scien

3、ce and technology 研究 阶段 14253 了解TE21模式波在圆波导 中的场分布以及传播模式 特点 第一阶段 利用HFSS数值仿真 建立激励器的模型 第三阶段 根据缓变截面波导理论将同轴 腔改进为三段式谐振腔，得到 进一步的优化并获得S12参数， 直到满足指标要求。 最终阶段 基于开放式谐振腔理论，提出一种 圆波导TE21模式激励器的设计方法 第二阶段 利用HFSS对建立的模型进行多次 优化仿真，选择合适的同轴内外 半径，提高输出目标模式的纯度。 第四阶段 1 设计流程 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and tec

4、hnology 1 4 2 3 2015年12月，由老师下达任务书，跟导师见面，制定详细的研究方案 及工作安排，通过上网或到学校图书馆、其他网站下载或查阅相关书籍， 学习HFSS以及MATLAB软件，初步了解设计内容，确定设计方案； 2016年23月，了解圆波导TE21模式变换器原理及应用领域，应用理 论知识初步进行设计，并撰写开题报告； 2016年3月19日，开题答辩，根据答辩老师建议及时补漏与解决问题； 2016年4月，在HFSS软件中对设计的模式变换器各个部分单独进行仿 真，运用实验法和理论分析相结合的方法，找出符合指标要求的结构参数， 然后整体仿真，观察模式变换的场图，并用MATLAB

5、软件绘制模式变换的 转换效率曲线。 时间安排 5 6 2016年5月，对初步建立好的仿真模型进行大量的优化仿真，直到仿真 结果符合指标要求；整理资料，撰写毕业论文； 2016年6月，完善论文，准备答辩。 6 进度安排 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology TE21模式下的圆波导电场幅值分布图 在HFSS中仿真得到电场幅 值分布图如右图所示，由此分 析可以得到，当固定时，在径 向方向上，从圆心到半径为a处， 电场强度的变化为先增大再减 小，且只有一个最大值。而当 固定时，一周中共有四个极大 值。 一、波导理论分析

6、 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 二、利用matlab编程分析得出同轴波导的不同模式随着同轴比变化，特征 根的变化，以确定最大模式隔离度下的同轴比 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 各模式特征值随C的变化曲线图TE21模式曲线附近的模式随C变化表 三、根据matlab分别计算得到不同模式下圆波导和同轴波导尺寸的范围 并设计TE10圆波导/同轴TE21模式激励器 1 已完成的工作 西南

7、科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology TE21以及TE11模式下圆波导尺寸TE21以及TE11模式下同轴波导尺寸 四、利用前面分析得到的尺寸范围在CST中建立线极化下的圆波导TE21模式 激励器模型，并仿真优化，不断改进尺寸值，以得到最佳输出效果 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 线极化下圆波导TE21模式激励器电场分布图 进过多次仿真得到最佳结果如下结果如下 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 So

8、uthwest University of Science and technology 效率=S22(1,4) =89.81% 模式纯度 Pre= S22(1,4)/（ S22(1,4)+ S22(1,2)）=95.38% 五、设计圆极化器为得到得到圆极化下的圆波导TE21模式激励器做准备， 设计模型以及仿真结果如下所示，以TE21模式作为目标模式 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 通过对比输出端S2(1,4)和S2(1,5)的相位差和幅值差，经过优化仿真的到最佳 结果 1 已完成的工作

9、 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 幅值差为0.0597 相位差为89.662 六、设计圆极化下的圆波导TE21模式激励器，模型及电场分布图如下 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 仿真结果S参数如下所示 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 七、在CST中建立线极化下的同轴波导TE21模式激励器模型，并

10、仿真优化 仿真模型如下 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 电场分布图以及S参数如下 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 效率=S22(1,4) =90% 模式纯度 Pre= S22(1,4)/（ S22(1,4)+ S22(1,2)） =95.53% 八、设计圆极化下的同轴波导TE21模式激励器，模型及电场分布图如下 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 仿真结果S参数如下所示 1 已完成的工作 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 效率=【S2(1,4)*1.414】2=89.64% 模式纯度 Pre= S2 (1,4)/（ S22(1,4)+ S22(1,2)）=91.47% 九、比较分析同轴波导与圆波导的优劣 1 已完成