矩形波导中沿 E 面均匀多介质柱散射特性分析.pdfVIP

第 1 卷第 2 期 淮阴师范学院学报 ( 自然科学版) Vol1 No2 　 2002 年 JOURNAL OF HUAIYIN TEACHERS COLLEGE (Natural Science Edition) 　 2002 　　　　　　 矩形波导中沿 E 面均匀多介质柱散射特性分析 周　平 (淮阴师范学院 物理系 ,江苏 淮安 　223001) 摘　要 : 本文应用有限元 边界元耦合法数值分析了矩形波导结中沿 E 面均匀的多个任意截 面形状介质柱的散射特性 ,对介质柱所在区域和除去介质柱后的空气区域分别用有限元和多 连域问题的边界元法进行了分析. 为了验证本文方法的正确性 ,编制了一个通用的计算机程 序 ,对一个算例进行了计算 ,结果与文献值一致. 关键词 : 有限元法 ;边界元法 ;矩形波导结 ;介质柱 ;散射系数 ( ) 中图分类号: O451 　　文献标识码 : A 　　文章编号 2002 　　 1 　引言 在矩形波导中放入沿 E 面均匀的导体和介质障碍物是研制微波和毫米波器件的一种重要途径. 例 如要准确设计波导型介质柱带通滤波器 ,必须清楚这些障碍物的散射特性. 事实上 ,这个问题一直是微 波电路设计者们理论和实验研究的重要课题之一. 文献[ 1 9 ] 分别用一阶近似变分法 ,高阶近似变分 法 ,点匹配法 ,格林函数法 ,模匹配法 ,有限元法以及有限元 边界元耦合法等对矩形波导中加载小直径、 大直径的圆形介质柱 ,方形、矩形介质柱 ,任意截面形状的介质柱进行了研究 ,给出了许多对工程设计有 重要价值的实例 ,但以上文献只研究了单个介质柱情形. 而在实际应用中 ,经常遇到多介质柱的问题. 文 献[10 ]用模匹配法对矩形波导中加载多介质柱问题进行了研究 ,但它只分析了对称加载情形 ,这显然有 很大的局限性. 文献[11 ]从极化电流分布的积分方程入手 ,获得了令人满意的计算结果 ,但分析和计算 较复杂. 文献[12 ]用边界元结合模式展开以及分析方法对矩形波导结中加载多个介质柱进行了研究 ,但 对于不同材料、不同形状的介质柱 ,分析方法不一样 ,缺乏通用性. 有限元 边界元耦合法是在有限元和边界元法基础上发展起来的一种新的数值计算方法 ,它已被广 泛地应用于电磁场数值计算中[8 ,9 ,13 ,14 ] ,并被证明是分析波导不连续性的有效手段 ,它既有有限元法对 场域剖分灵活性的特点 ,又克服了边界元法难以解决不均匀区域的问题 , 同时还保留了边界元法所需内 存小 ,计算时间短等优点. 本文在文献[8 ,9 ]的基础上 ,将有限元 边界元耦合法扩展到分析矩形波导中 加入多个沿 E 面均匀的任意截面形状介质柱的散射特性问题. 对每个介质柱所在区域 ,用有限法分析 , 对除去介质柱后的空波导区域用多连域的边界元法分析. 为了验证本文理论研究的正确性 ,编制了一个 通用的计算机程序 ,对一个典型算例进行了计算 ,其结果与已有文献值一致. 2 　理论分析 图 1 表示一个矩形波导结 ,它含有 n 个波导端口 ,其中放置 n ′个沿 y 方向均匀不变的任意形状截 面的介质柱. 假设波导结是不对称的 ,第 i 个波导端口的宽度为 a ,边界 Γ( i = 1 ,2 , …n) 与 Г所围区域包含有 i i 　收稿日期 : ( ) 　基金项目 : 江苏省教育厅自然科学基金资助项目 99KJD140005 ( ) 　作者简介 : 周平 1965 ,男 ,江苏淮安人 ,副教授 ,硕士 ,现在南京航空航天大学攻读博士学位. 主要从事电磁场与微波技术等研究. © 1995-2005 Tsinghua Tongf