基片集成波导仿真与教学应用研究

电磁场与微波技术是电子信息类专业的一门重要专业基础课,该课程具有概念抽象、计算复杂等特点。本文采用电磁仿真软件HFSS,设计并仿真了基片集成波导与慢波基片集成波导结构。结果显示基片集成波导可有效工作在16.3~35 GHz频率范围内,而相同结构的慢波基片集成波导能够降低波导通带,减小基片集成波导纵向尺寸。仿真实验表明,引入电磁仿真软件能够改革电磁场与微波技术实验教学模式,使抽象的概念形象化、直观化,提高实验教学效果。     

一种小型化基片集成波导滤波器的设计与实现

提出并设计了一种双重折叠四分之一模基片集成波导(double folded quarter mode substrate integrated waveguide,DFQMSIW)滤波器,滤波器通过在中间金属层开槽实现腔体间的耦合。相比于四分之一模基片集成波导滤波器,DFQMSIW滤波器的平面面积减小了约四分之三。理论、仿真和测试结果表明,该滤波器具有损耗小、易集成等优点,在设计小型化微波滤波器方面具有一定的参考价值。     

紧凑型圆极化TM_(02)-TE_(11)模式转换器的设计

应用金属圆筒、金属隔板和微波介质板加载金属圆波导的思想设计了一种结构紧凑的圆波导模式转换器,该模式转换器能将馈入的高阶圆波导TM_(02)模式直接转换为圆极化的圆波导TE_(11)模式。HFSS软件仿真结果显示:在中心频点9.4 GHz,模式转换器的转换效率为94.6%,轴比为1.06;在9.06~9.53 GHz和8.80~9.64 GHz频带范围内,转换效率分别大于90%和80%,轴比均小于1.2。该模式转换器解决了传统的TM_(02)-TE_(11)模式转换器设计困难、尺寸过大的问题,具有设计简单、输入输出共轴、方便加工、结构紧凑等优点。     

C波段宽带垂直式旋转关节的设计

分析了波导一同轴型旋转关节工作,进行了C波段旋转关节的研制。其性能达到在5％频带内驻波比s<1.11,在10％带内驻波比S<1.25,插入损耗β<0.3db,功率容量脉在冲功率230kw时无打火等现象。     

一种新型非对称共面波导滤波器的设计与仿真

为了解决高频微波集成电路中的滤波问题,设计了一种新型非对称共面波导结构的带阻滤波器。利用时域多分辨分析方法(MRTD)对滤波器进行了仿真计算,根据选用不同基底材料和槽线宽度得出的S参数值,分析了对滤波器性能的影响。该非对称结构共面波导滤波器具有体积小、损耗低、阻带宽、易于加工等优点,并且只要改变设计参数值,就可以得到其他频段的带阻滤波器。     

波导缝隙全向天线的设计与分析

设计了一种波导宽边细缝缝隙天线,并利用Ansoft公司的电磁仿真软件HFSS(high frequency structure simulator)进行仿真.电磁仿真软件HFSS能给出波导宽边细缝缝隙天线的回波损耗和辐射方向图.基于同轴线理论、波导宽边缝隙天线理论和梯形渐变器理论设计波导宽边细缝缝隙天线,采用HFSS仿真设计该天线,并制造波导宽边细缝缝隙天线.测试所设计的天线,分析了影响波导宽边细缝缝隙天线E面和H面方向图的主要原因,为今后设计和制造波导缝隙天线提供一种分析方法,对实际工程应用有着重要的意义.     

傅立叶展开-差分法分析多层介质H波导的特性

用已提出的一种新的分析任意截面槽波导和填充非均匀介质的类矩形波导的傅立叶展开一差分法对填充多层介质的H波导进行了分析.通过对填充不同厚度介质的H波导截止波数的计算及与解析法计算结果的对照,验证了该方法的正确性,同时对填充多层介质的H波导的截止特性和色散特性进行了分析.该方法可以便捷地解决H波导在微波毫米波应用中的实际工程问题,其结论对于微波毫米波元器件的设计和应用有着一定的参考价值.     

基于花瓣形开槽可调高阻表面单元的S波段可重构表面波波导设计与仿真

基于高阻表面的表面波波导在微波系统中被广泛用于传输表面波能量或者导引表面波至别处,但大多数表面波波导都存在如下问题:(1)导波路径是固定不变的,不能依据实际情况实时改变导波路径;(2)工作频段都很高,几乎都在X波段或以上频段.这两个问题限制了表面波波导的应用范围,尤其第一个问题意味着需要为每一条导波路径设计一个波导,将极大地提高设计加工成本.本文先设计了一个花瓣形开槽的正方形高阻单元,并加载了四个变容二极管(SMV1408),通过调整变容二极管的反向偏置电压从20V下降到0.2V,实现了在常用的S波段单元阻抗从j390Ω增加至j1710Ω;然后基于该可调高阻单元提出了可重构表面波波导概念,并通过HFSS仿真证明了该概念的可行性.该波导可以同时形成多条导波路径,并可实时调整导波路径;同时为了抑制表面波能量泄漏,利用我们之前的研究成果对导波路径的设计提出了相应的建议,仿真结果很好地验证了我们建议的有效性.     

微波等离子体设备场分布的仿真和实验

为使激发微波等离子体的腔体设计更便捷并详细了解腔内的电场分布,迫切希望有仿真工具支持.该文介绍了一台环形波导微波等离子体设备,利用一种有限元软件对反应腔内的电场分布和功率密度进行仿真,并运用光电探头和水负载温升法实际测量反应腔内的对应参数.实验结果表明: 反应腔内的电场分布、功率密度均与仿真结果大致接近,证实运用此种计算工具对微波等离子体反应腔进行数字化设计是可行的.同时,该软件仿真得到的腔内电场分布,能够为微波等离子体激发过程的研究提供指导.     

介质加载型消失模波导滤波器的机辅设计方法

针对基于近似公式方法设计介质加载型消失模波导滤波器精度不高的问题,提出了一种快速精确的计算机辅助设计方法。该方法通过建立消失模波导滤波器的等效电路模型,结合电路仿真和全波仿真的协同仿真技术,采用迭代仿真策略逐级确定滤波器物理结构尺寸,避免了耗时地全波仿真优化。最后,设计了一款6阶切比雪夫响应的介质加载型消失模波导滤波器。全波仿真结果显示滤波器频率响应特性满足设计指标,验证了设计方法的正确性和有效性。     

圆柱型谐振腔最大电磁能量耦合方法

利用微波谐振腔的谐振频率随腔内介质不同而变化这一特性可以实现液体、气体介电常数的精确测量,其中微波谐振腔与外波导的能量耦合程度将直接影响整个测试系统的性能和精度.根据电磁波在波导中的传播特性建立微波谐振腔的耦合模型.通过对谐振腔的耦合孔和波导耦合面电磁能量的仿真与分析,选择最佳匹配连接方式,使谐振腔有最大的电磁能量输出.仿真实验证明,连接波导中心与谐振腔耦合孔中心重合处不是电磁能量最大耦合位置,只有连接波导中心偏离谐振器耦合孔中心一定位置才能得到电磁能量的最大耦合.     

高功率天馈系统的设计——可控相位波导阵列天线

以磁化等离子体为终端负载,设计一种可控相位波导阵列天线的天馈系统,通过相邻波导间相位的任意调节,可以获得所期望的Ｎ１１功率谱,从而把高功率的微波有效地耦合到等离子体中。数值计算表明,该系统完全满足所设计的要求,为系统的设计提供了理论依据。     

脊波导到微带过渡器的仿真设计

介绍了转换接头在微波中的重要应用,在分析波导到微带过渡结构的基础上,选用了多节阶梯阻抗变换器的结构形式,用1/4波长契比雪夫阻抗匹配的方法设计了脊波导到微带过渡结构,计算出各个阻抗变换枝节的物理尺寸,并用高频仿真软件HFSS进行了仿真分析,经过多次调试,最终结果在6.5-18GHz范围内驻波小于1.4。其结构简单,适合工程应用,有一定的实用价值。     

共面波导型光控微波开关的研究

给出了共面波导型光控微波开关的设计方法及共面波导结构参数，分析了导带不连续性效应和插入损耗及隔离度的影响因素。     

基片集成波导带通滤波器的设计

基片集成波导技术使得包括平面电路、接头和矩形波导在内的完整电路可以以平面的形式集成在标准印刷电路板上;论文首次将金属条带式波导平面电路带通滤波器的设计方法引入基片集成波导之中,发展了基片集成波导带通滤波器的设计;文中提供了一个设计实例,Ansoft HFSS的数值仿真结果显示该途径是行之有效的。     

单向宽带毫米波平面缝隙天线的设计与仿真

设计了一种基于MEMS微加工技术制作的共面波导馈电的单向宽带毫米波平面缝隙天线.采用平面矩形缝隙辐射单元,可实现约80%的阻抗带宽(驻波比≤2).通过增加波束引导缝隙和多层反射截止缝隙,可实现缝隙天线单向辐射,天线增益可由原来的3.8 dB提高到6.8 dB左右.采用Ansoft HFSS有限元仿真软件对设计进行仿真优化,并用CST微波工作室仿真软件对仿真优化进行验证,结果表明,两种仿真结果一致.     

基于CST的波导窄边缝隙天线的分析与设计

目的提出一种可以避免大量数值计算,且无需加工大量试验件的波导窄边缝隙天线的计算机辅助设计方法。方法将波导窄边缝隙阵列天线的基本理论和现代电磁仿真软件结合起来,仿真得到考虑互耦的缝隙电导函数,进而确定各个缝隙尺寸。结果完成了该设计,并达到了既定的设计要求。结论此种设计方法可以大大提高设计精度,提高工作效率,节约设计成本。     

新型HMSIW右旋圆极化缝隙天线的研究与设计

近年来,在微波系统中,基片集成波导(SIW)谐振腔作为一种新型导波结构倍受青睐,SIW的小型化也成为一个研究热点。提出了一款基于半模基片集成波导(HMSIW)的新型右旋圆极化缝隙天线,SIW的腔体结构呈半圆弧型,在腔体顶部蚀刻垂直缝隙使其宽度相等、长度不同,介质基板的底端利用一个50Ω的单级嵌入式微带馈线完成激励。经HFSS仿真结果显示,右旋半模圆极化天线中心频率为9.49 GHz,VSWR在该频点处为1.08,最大增益能够达到4.63 d B。通过实物加工制作以及测试,结果显示,与传统圆极化天线相比,该设计天线的面积尺寸减小了近50%,小型化实现良好,并且性能与仿真结果基本吻合。     

一种新型磁控管的能量输出阻抗变换器

设计和试制了一种用于船舶雷达的新型磁控管，对该磁控管的微波能量输出系统进行重点研究，它是常规双脊波导(或称工字型波导)的一种改型，尺寸小、结构紧凑、频带宽，称为指数式圆波导工字形阻抗变换器。对它的原理进行了理论分析，并导出其计算方法，确定其结构尺寸，可供工程设计使用。     

多层基片集成波导增益均衡器的设计与实现

针对传统微波增益均衡器所存在的缺陷,提出了一种基于基片集成波导(SIW)的新型毫米波微波增益均衡器。该均衡器采用多层SIW,可以很方便的设计耦合结构、缩小器件体积;同时引入薄膜电阻,首次实现了SIW均衡器Q值的可调性。文章首先对该均衡器的等效电路模型进行了分析,推导了各个结构要素的调节规律;其次借助HFSS仿真软件对上述推导进行了验证;最后针对某行波管加工实现了一支SIW均衡器,并将行波管的增益波动降低至1.25 d B。实验结果表明,该SIW均衡器易于加工实现,且具有较强的均衡能力。