幾何尺寸對非對稱單脊波導單模帶寬的影響

胥萬松，鄭勤紅，姚 斌，李 琳，張黎黎

（1.德宏師范高等專科學校，云南 芒市 678400；2.云南師范大學物理與電子信息，昆明 650092；3.紅河學院理學院，云南 蒙自 661100）

幾何尺寸對非對稱單脊波導單模帶寬的影響

胥萬松1，2，鄭勤紅2，姚 斌2，李 琳2，張黎黎3

（1.德宏師范高等專科學校，云南 芒市 678400；2.云南師范大學物理與電子信息，昆明 650092；3.紅河學院理學院，云南 蒙自 661100）

用時域有限差分（FDTD）法分析了非對稱單脊波導部分幾何尺寸變化對主模帶寬的影響，結果表明，可以通過改變脊波導的部幾何分尺寸來調節單模帶寬。實例計算了對稱單脊波導的截止波數，并與文獻報道的結果進行比較，結果顯示利用該計算方法所得數據精確有效。

時域有限差分法；非對稱單脊波導；單模帶寬

在現代微波工程中，為了滿足微波傳輸系統性能的某些需要，需要不斷探索和研究具有特殊截面形狀的各種新型波導.自20世紀40年代Cohn[1]開始研究脊波導的特性以來，對脊波導的研究不斷深入.脊波導與傳統的矩形波導相比，脊波導有很多顯著的特點：單模帶寬更寬、主模截止波長更長、阻抗更低.脊波導在微波和毫米波器件中得到了廣泛應用.脊波導的研究方法很多，如多極理論分析法[2]、橫向諧振法[3]、有限元法[4]、有限差分法[5]等.本文用時域有限差分（FDTD）方法計算非對稱單脊波導主模帶寬，給出了不同尺寸時主模帶寬值.

1 FDTD法的基本原理

在研究波導和傳輸線本征值問題時，導波結構沿z方向是均勻不變的，波導中的電磁場沿z方向的變化表示為對z的偏導數為z方向的差分可用常數代替，FDTD法Yee氏三維網格可簡化為二維網格.下面給出 Hz和 Ex的差分公式[6]，其它分量可類似得出：

其它分量可類似得出.各個場分量在時域中進行多次迭代后，對波導截面上任意一點的場量做傅立葉變換可得到導波模式的截止頻率[7-8].同時，本文采用文獻[9]的方法定義單模帶寬

由 （其中 是真空中的光速），可得

2 計算實例

圖1為對稱單脊波導的截面示意圖.為驗證上述方法的有效性，波導各邊尺寸的選取與文獻[2]相同，即取網格劃分為 ，取如下高斯點源激勵：

圖1 對稱單脊波導

表1 對稱單脊波導TE模的截止波數kc(rad/cm)

3 計算非對稱單脊波導部分幾何尺寸變化的主模帶寬

圖2 非對稱單脊波導

圖3 帶寬與b2/b1之間的關系

表2 非對稱單脊波導的主模帶寬

4 結論

本文用FDTD法實例計算了對稱單脊波導的截止波數，并與文獻值進行了比較，表明該方法可行有效.計算了非對稱單脊波導部分幾何尺寸變化時的主模帶寬，結果顯示可以通過改變部分幾何尺寸調整單脊波導的單模帶寬，帶寬隨單脊波導由非對稱變化為對稱而增大.

[1] Cohn S B.Properties of Ridge Waveguide[J].Proc IRE,1974,35(8):783-788.

[2] Qinhong Zheng, Fuyao Xie, Bin Yao, Runeng Zhong, Wude Cai,Ming Li, Wenxian Lin.Analysis of a ridge waveguide family based on subregion solution of multipole theory.Automation Congress,2008.WAC2008.World，Sept.28 2008-Oct.2 2008，page:1-4.

[3] 金林.不對稱脊波導截止波長的計算[J].現代雷達,2000,22(2):62-66.

[4] 鄧素芬,楊顯清,陳友臸.基于有限元法的脊波導特征值分析[J].電子對抗技術,2005,20(1):43-46.

[5] 孫海,褚衍東.不對稱脊波導的傳輸特性[J].雷達科學與技術,2006,(4):240-244.

[6] 葛德彪,閆玉波.電磁波時域有限差分法[M].西安電子科技大學出版社(第二版),2005,22.

[7] 姚斌, 鄭勤紅, 帥春江等.用FDTD法計算部分介質填充波導的截止頻率[J].云南師范大學學報(自然科學版), 2006,26(4): 52-55.

[8] 姜艷娥, 鄭勤紅, 姚斌等.用非均勻網格FDTD法計算部分介質填充脊波導的截止頻率[J].云南師范大學學報(自然科學版), 2009, 29(4): 46-49.

[9] 孫岐峰, 逯邁, 陳小強.脊的位置變化對對稱雙脊波導主模截止波長的影響[J].微波學報, 2010, 26(6): 89-92.

Influence of Asymmetric Single Ridged Waveguide’ Geometry Size on Dominant-mode Bandwidth of Single-mode

XU WAN-song1,2,ZHENG Qin-hong2,YAO Bin2,LI Lin2,ZHANG Li-li3
(1.Dehong Teacher Training School, Mangshi 678400, China;2.School of Physics and Electronic Information, Yunnan Normal University, Kunming 650092, China;3.shchool of science, honghe university, Mengzi 661100,China)

The influence of the geometry size on the bandwidth of the dominant－mode in an asymmetric single ridged waveguide is analyzed with the finite－difference time－domain (FDTD) method.Numerical results demonstrate that the bandwidth of the dominant－mode can be regulated by changing the geometry size of the waveguide.The wave numbers of the symmetric single ridged waveguide are given to validate the theory，and to demonstrate the degree of its efficiency.

finite－difference time－domain； asymmetric single－ridge waveguide； dominant－mode bandwidth

O189

A

1008-9128（2011）06-0088-02

2011-05-30

國家自然科學基金重點項目 (50734007)

胥萬松（1978-），講師，碩士研究生.

鄭勤紅。研究方向：微波模擬計算，Email: zheng_qh@yahoo.com.cn

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