鐵氧體微波環(huán)形器的COMSOL仿真

曹 瀟，白翠琴

(復(fù)旦大學(xué) 物理學(xué)系，上海 200433)

微波通常指頻率在300 MHz～300 GHz之間的電磁波，其波長(zhǎng)約在1 mm～1 m之間，跟常用的物體尺寸大約在一個(gè)數(shù)量級(jí)，這一特點(diǎn)提供了一系列典型的電磁場(chǎng)邊值條件，因此微波在遙感、氣象、通訊等方面有重要的應(yīng)用[1].環(huán)形器是一種常見的微波元件，在現(xiàn)代微波技術(shù)中應(yīng)用廣泛，比如無線通訊、雷達(dá)等微波通訊系統(tǒng)中的收發(fā)模塊[2,3].微波實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中較為重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)[4]，環(huán)形器是微波實(shí)驗(yàn)中常見的元件，但由于環(huán)形器不同于低頻的集中參數(shù)元件，在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生往往對(duì)環(huán)形器的物理圖像感到陌生.環(huán)形器通常是封裝好的，這不利于學(xué)生對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微波在其中的傳輸行為進(jìn)行深入了解，也不利于探究元件的參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成的影響.為了研究和設(shè)計(jì)環(huán)形器的結(jié)構(gòu)，通常使用HFSS、COMSOL等軟件建立環(huán)形器模型進(jìn)行仿真模擬[5- 8]，這些工作通常著重于設(shè)計(jì)工藝過程，缺乏直觀的物理圖像(如場(chǎng)分布圖等)，導(dǎo)致學(xué)生很難理解，不容易應(yīng)用到教學(xué)實(shí)驗(yàn)中.

本文利用COMSOL的建模功能，建立了環(huán)形器模型，模擬了微波在其中傳播的行為和性質(zhì)，通過元件內(nèi)場(chǎng)分布圖、S參數(shù)曲線等方法，較為清晰地呈現(xiàn)微波在環(huán)形器中的傳輸行為.本文還用COMSOL探究了幾何尺寸對(duì)環(huán)形器性能的影響這一類現(xiàn)實(shí)中很難研究的問題.這一項(xiàng)工作對(duì)于學(xué)生建立清晰的微波傳輸圖像具有重要的意義.

1 環(huán)形器原理分析

1.1 鐵氧體材料

環(huán)形器……