[发明专利]一种规则波导端口微波部件电磁仿真的功率馈电方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁仿真技术应用领域，尤其涉及一种规则波导端口微波部件电磁仿真的功率馈电方法。

背景技术

对于微波部件而言，馈入输入信号是进行微波部件产品设计与电磁仿真的关键性步骤。而规则波导是微波部件最为常见的输入输出端口形式之一。实际工程中测试信号常以功率作为单位，当结合电磁仿真方法与粒子模拟方法进行大功率微波部件等离子体仿真时，无法直接获得输入功率对应下的输出结果，会导致数值仿真结果无法直接进行实验验证。显然，为使电磁仿真方法更好地与其他仿真方法进行结合，满足更广泛的工程要求，尤其是大功率条件下的仿真要求，必须研究一种能够针对规则波导端口微波部件在其电磁仿真中实现功率馈电的方法，提供与工程相符的激励形式。现有技术对规则波导端口微波部件电磁仿真的输入信号馈入方法进行研究时，均通过假定规则波导端口输入截面的初始电磁场分布已知进行，都未涉及如何进行功率馈电的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种规则波导端口微波部件电磁仿真的功率馈电方法，该方法能够在规则波导端口微波部件电磁仿真中进行功率馈电，实现功率信号的加载，该方法易于实现，与其他仿真方法，例如粒子模拟方法兼容性高，具有广阔的应用前景。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种规则波导端口微波部件电磁仿真的功率馈电方法，包括如下步骤：

a.建立规则波导端口微波部件的三维几何模型，并根据三维几何模型提取激励信号输入端口截面的形状参数；

b.确定规则波导端口微波部件的工作频率、激励信号和输入功率；

c.根据所述输入端口截面的形状建立以该输入端口为横截面的无限长波导，根据麦克斯韦方程组与所述无限长波导的边界条件确定所述无限长波导中波导横截面的各模式场分布和对应的截止频率；

d.根据所述各模式场分布和对应的截止频率，以及规则波导端口微波部件的工作频率确定在所述无限长波导中传输的主模式场；根据激励信号确定所述主模式场平均传输功率，根据所述平均传输功率和输入功率确定所述主模式场的初始电场值功率系数，根据所述主模式场的初始电场值功率系数确定主模式场分布下的初始电场值；

e.在所述无限长波导中与输入端口截面一定距离处设置连接边界区域，所述连接边界区域的尺寸和外形与所述输入端口截面的形状相同；将所述连接边界区域分解成多个网格单元，在沿主模式场的电场线方向的每个网格单元的棱边中点上加入该点对应的主模式场的初始电场值，从而在连接边界区域激励起主模式场。

所述步骤c中，所述无限长波导中波导横截面的各模式场分布通过分离变量法解析求解得到。

所述步骤d中，

当激励信号为时谐信号时，根据坡印亭定理得到所述主模式场平均传输功率。

所述步骤d中，

当激励信号为非时谐信号时，对非时谐信号进行傅立叶变换得到其谱域表达式，结合坡印亭定理得到所述主模式场平均传输功率。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提出了一种基于电磁仿真进行微波部件功率馈电的方法，使得时域电磁算法能够应用于需要以功率作为输入单位的应用场合，实现与多种算法的无缝连接，例如粒子模拟算法或自主研发的其他算法。本方法拓展了时域电磁算法的应用领域，为多种实际应用问题的解决提供了有效途径，例如需要改变输入信号功率的微放电电磁粒子仿真平台的开发，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1矩形波导端口激励源的引入示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细的描述：

实施例一

本实施例，以输入信号为时谐信号时的矩形波导端口微波部件功率馈电为例，对本发明的规则波导端口微波部件电磁仿真的功率馈电方法进行说明，具体实施过程如下：

a.利用CAD软件建立待仿真的微波部件的三维几何模型，并根据三维几何模型提取激励信号输入端口截面1的形状参数，长度a为22.86mm，宽度b为10.16mm，如图1所示。

b.确定待仿真微波部件的工作频点f₀为10GHz、激励信号为正弦波信号、输入功率为P₀。