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波导不连续性结构在介质特性参数测量、微波波导元件或装置的分析和设计等方面具有举足轻重的作用,因此准确分析波导不连续性意义重大。
作为一类特殊的电磁场边值问题,波导不连续性问题一直以来就备受关注,其求解方法大致分为三类,即严格的解析求解方法、诸如变分近似方法等的各类近似方法和以有限元方法(FEM)为代表的数值计算方法。还有一类被称为半数值半解析的模式匹配法(MMM)在不连续性问题的分析中也扮演着重要角色。
本文专注于同轴不连续性的分析和研究,同轴不连续性结构具有规则形状而不是任意形状,因此本文选择了三类近似方法,即Rayleigh-Ritz法(简称Ritz法)、Galerkin法以及场分量匹配法来求解同轴不连续性问题。
第三章分析了同轴终止于开路圆波导、同轴终止于短路圆波导、同轴内外导体阶梯和同轴内导体缝隙这四类同轴不连续性问题,并分别获得了其不连续性等效电容(或等效网络中的电容参数)上下限值的计算公式。并将计算结果同AnsoftHFSS仿真值和文献值进行了对比,验证了等效电容上下限值的正确性。
第四章对Ritz法、Galerkin法以及场分量匹配法这三者在求解波导不连续性问题中的等效性给予了证明;还重点证明了同轴不连续性等效电容(或等效网络中的电容参数)上下限值的同一性,并以此为基础给出了不连续性等效电容上下限值的物理实质,即该上、下限值分别对应了不连续性平面一边所取消逝模式(Evanescent Mode)的数目小于、大于另一边所取消逝模式的数目。
在第三章得到的几类不连续性结构的等效电容的基础之上,第五章根据等效电路原理求解了电容加载型同轴谐振腔的谐振频率。计算结果同Ansoft HFSS仿真值和文献值具有良好的一致性。