脊位于窄边的单脊波导传输特性

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波导特性

2009年芬兰Helsinki技术大学的A. Säynätjoki等人研究了在狭缝波导中采用倾斜侧壁结构的优越性。

采用倾斜壁狭缝结构波导的模式大多集中在狭缝的底部，有效模式的面积随着狭缝底部宽度的减小而减小，由此表明模式限制增强了。

倾斜壁原子层沉积生长，采用钛氧化物作为ALD的生长材料很好的用作狭缝的非线性填充材料。

<FEM—FimmWave 软件>（Advantages of Angled Sidewalls in Slot Waveguides------ A. Säynätjoki、T. Alasaarela、A. Khanna、L. Karvonen）2010年日本北海道大学Masa-aki KOMATSU等人研究了水平狭缝波导高非线性特性和低而平坦的色散特性。

数值模拟结果显示6000/W/m的非线性系数，平坦色散带宽为260nm,制作容差为±10nm。

<FEM>( Highly-Nonlinear Horizontal Slot Waveguides with Low and Flat Dispersion--- Masa-aki KOMATSU、Kunimasa SAITOH、Masanori KOSHIBA)2010年G. Pandraud等人研究了SiC-SiO2-SiC水平结构的狭缝波导。

1.3um的波导测试的准TM模式传输损耗为23.9±1.2dB/cm。

目前报道的最少损耗的垂直式50nm单狭缝波导的TE模的损耗约为11.6±3.6dB/cm。

SiC材料的折射率小于Si但是远高于SiO2，制作时有更高的容差能力。

N SiC=2.35，N SiO2=1.45，通过改变波导结构测得在狭缝厚为238nm，板厚为108nm条件下最大的限制功率为38%。

如果减小横向尺寸，那么准TE模式将会消失，而准TM模不会有太多的影响。

山字脊波导传输特性分析

ＡｂｔａｔＩｒｎｍｉｓｏｈｒｃｅｓｉｓｏＨＡＮＩｒｄｅｗａｅｕｄｓａａｙｅｙｐｏｒｍｍｉｇｕｄｒｓｒｃ：ｒｈｅｔｓｓｉｎｃａａｔｒｔＳａｉｃｆＺ — ｇｖｇｉｅｉｎｌｚｄｂｒｇａｉｎｎｅＭａｌｂｗｉｈｔｅｆｎｔｉｅｅｃｔｏｒｕｏｖｌｎｔｓｎｌ— ｄｅｂｎｗｄｎｅｄｐｔｅｔａｔｉｄｆｒｎｅｍｅｄ．Ｉｃｔｆｗａｅｅｇｈ．ｉｇｅｍｏａｄｔａｄｆｌａｔｒｏｈｉｅｈｈｅｉｈｉｎｆ
文献标识码：Ａ文章编号：６１９４２ｏ）７０１０１７一ｏ２（ｏ８ｏ —０９ — ５
中图分类号：Ｎ１Ｔ８４
ＡｎｌｓｓｏａｓｓｉｎＣｈｒｃｅｉｔｓｏＨＡＮ－ｄｅＷａｅｕｄａｙｉｎＴｒｎｍｉｓｏａａｔｒｓｃｆＳｉＺＩＲｉｇｖｇｉｅ
ｉｅｍｉａｕｚｔｎｏｗａｅｕｉｅｚｎｔｒａｉｉｉｏｆｖｇｄｓ．
Ｋｅｏｄ：ＳＡＩｄｅｗｖｇｉ；ｅｈｈｑａｏ；ｎｔｄｅｎｅｕｏａｅｎｔ；ｉｇ・ｙｗｒｓＫＮＺ・ｇａｅｕｅＨｌｏｚｅｕｔｎｆｅｉｒｃ；ｃｔｗｖｌｇｓｌ－－ｉｒｄｍｉｉｆｅｉｆｅｈｎｅ
作者简介：韩国军（９８）男，１７一，山东庆云人，ｒ硕士研究生，主要从事计算电磁学方面的研究
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单脊波导缝隙阵天线的研究与设计

单脊波导缝隙阵天线的研究与设计吴琼;陈小强【摘要】缝隙波导具有频带宽、口面效率高等特点，根据道尔夫-切比雪夫口径分布法，用 MATLAB 软件编程对单脊波导缝隙天线阵列辐射缝隙参数进行计算，设计了一个8缝隙单脊波导缝隙阵天线，并利用三维电磁仿真软件 HFSS 对天线缝隙的参数进行优化，对天线的带宽特性进行了仿真研究。

结果表明，单脊缝隙波导的尺寸参数对带宽有影响，相对于矩形缝隙波导，单脊缝隙波导驻波带宽有较大幅度的展宽，研究结果可为缝隙脊波导在通信与雷达天线方面的应用提供参考。

%Slot waveguide is characteristic of wide frequency band and high aperture efficiency.This paper calculates the radia-tion slot parameters of the single-ridge waveguide slot antenna array using MATLAB software programming according to Ad-olf-Chebyshev aperture distribution method and designs an 8-slot single-ridge waveguide slot array antenna.Furthermore,it optimizes the gap parameters and simulates the bandwidth characteristics of the antenna using the three-dimensional electro-magnetic simulation software HFSS.The results indicate that the size parameters of the single-ridge waveguide slot affects the bandwidth and relative to the rectangular slot waveguide,the VSWR bandwidth of the single-ridge slot is substantially broad-ened,which provide a valuable reference for the applications of slot ridge waveguides in communications and radar antennas.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】3页(P65-67)【关键词】单脊波导;缝隙天线;缝隙参数;带宽【作者】吴琼;陈小强【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TN8200 引言波导缝隙阵因具有口面效率高、副瓣电平低以及口径分布容易控制等优点而得到了广泛的应用，特别是在雷达和通信领域的运用越来越多［1］。

直角梯形脊波导传输特性的数值计算

据
为直角梯形脊下底宽度，ｃ为直角梯形脊上底的而
献资料看，尚未讨论和研究过（波导的截面如图１。）
本文运用有限元法讨论了直角梯形脊波导中直角梯
宽度，ｄ为脊的高度。假设脊波导内为空气，且纵向
均匀，脊波导内的场结构可以归结为求解一个二则维标量波动方程即Ｈｅｏｔ方程的解：ｌｍｈｌｚ
形脊上下底宽度变化以及脊高度变化对主模归＿化一截止波长、单模带宽和电场结构的影响。
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ｈｉｈｔｉｉ — ｎｅｔａｚｄｌｒｄｖｅｉｎｔｒｎｓｉｓｏｈｒｃｅｉｔｃ，ｎｄｇｉｓｏｅｇｎｒｇｈｔａｇｌｒｐｅｏｉａｉｇｅｗａｇｕｄｅｏｈｅｔａｍｓｉｎｃａａｔｒｓｉａｖｅｕｔｔｏｒｓｏｎｎｇｃｌｕｌｔｏｔｎｄｆｇｕｒｓｈｅｃｒｅｐｄｉａｃａｉｎｄａａａｉｅ．
输特性。
图１直角梯形脊波导截面图
２００４年，逯迈教授对等腰梯形脊波导的传输特性作了详细的讨论，文的直角梯形脊波导就是在本
１理论分析
在图１中，参数ａ为宽边的长，ｂ为窄边的长，Ｓ
导的研究越来越引起人们的关注。和传统矩形波导相比，波导有很多显著的特点：脊主模截止波长更长，模带宽宽，抗低等。近些年来，们分析了单阻人矩形单双脊波导、圆形脊波导、对称脊波导等的传不

条波导脊波导

条波导脊波导
条波导（strip waveguide）是一种常用的电磁波传输结构，由一块矩形截面的金属或电介质板构成。

它具有两个平行的金属壁，中间填充着电介质材料。

电磁波在波导内部以电磁场的形式传输。

脊波导（ridge waveguide）是条波导的一种变体，它在条波导的基础上增加了一个中央凸起的脊。

这个脊使得电磁波沿着脊的方向传播，从而减少了波导的模式数量和带宽，同时也增加了波导的耦合效率。

条波导和脊波导在微波和光波通信系统中广泛应用，它们可以用于传输、激光器、放大器等电磁波装置中。

小型化窄边单脊波导滤波器设计

导小。
图１为窄边单脊波导结构。图中，ａ为波导宽边长度，ｂ为窄边长度，ｔ为脊宽，Ｓ为脊中心到宽边的距离，ｄ为脊长。设单脊波导内填充空气，且纵向均匀。脊波导内的ＴＥ模场结构可通过求解亥姆霍兹方程获得，即
ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｕｐｌｉｎｇｃｈｅｂｙｓｈｅｖｂａｎｄ — ｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅ－ｒｉｄｇｅｗａｖｅｇｕｉｄｅｒｅｓｏｎａｔｏｒｓｗｈｉｃｈ
３）主模截止波长更长。４）等效特性阻抗比矩形波导低。
（ＣｈｅｎｇｄｕＳｐａｃｅｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣＯ．，ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｎａｒｒｏｗｓｉｄｅｓｉｎｇｌｅ－ｒｉｄｇｅｗａｖｅｇｕｉｄｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａ —
０引言
自１９４７年Ｃｏｈｎ＿】］开始研究脊波导特性以来，
滤波器。
１原理
１．１ＴＥｌ０模的场分量

用有限差分法分析单脊波导中TM波传输特性

目录引言 (1)1 概述 (2)1.1电磁场边值问题的解法 (2)1.1.1解析法 (2)1.1.2数值法 (2)1.2 FDM算法的发展 (2)1.3 脊波导 (3)1.3.1脊波导简介 (3)1.3.2脊波导的特点 (4)1.3.3电磁波在波导内传播的特点 (4)1.4 本文的主要工作 (5)2 有限差分法（FDM）的基本原理 (6)2.1有限差分法的基本概念 (6)2.2基本差分公式 (6)2.3差分方程的求解过程 (8)2.4有限差分法的计算步骤 (10)3 用FDM法分析脊形波导问题 (12)3.1理论分析 (12)3.1.1波导中的电磁场方程 (12)3.1.2亥姆霍兹方程的差分表达式 (13)3.2用差分法求解波导问题的计算框图 (16)3.3 数值计算结果及讨论 (18)3.3.1单脊波导TM波的计算 (18)3.3.2双脊波导TM波的计算 (19)3.4结果分析 (20)3.4.1单脊波导的TM波计算结果与比较 (20)3.4.1.1用有限差分法分析TM波在单脊波导中的传输特性 (20)3.4.1.2本文值与文献值比较 (21)3.4.1.3不同尺寸单脊波导的截止频率计算 (21)3.4.2 双脊波导的TM波计算与比较 (22)3.4.2.1用有限差分法分析TM波在双脊波导中的传输特性 (22)3.4.2.2不同尺寸双脊波导的截止频率计算 (22)3.5本章小结 (23)4结论与展望 (25)4.1结论 (25)4.2展望 (26)致谢 (27)参考文献 (29)附录A 外文文献 (30)附录B 外文文献译文 (36)附录C 牛顿迭代法 (43)附录D 计算单脊波导TM波截止频率的程序 (44)附录E 计算双脊波导TM波截止频率的程序 (46)引言随着科学技术的发展，微波技术的应用已渗透到了科学领域的许多方面，如无线通信、全球定位系统、雷达以及电子和计算机工程学科中。

发展至今，用于求解各类电磁场边值问题的方法已经为数众多，从数学分析的角度看，这些方法通常可以归结为四大类型，即严格解析方法、近似解析方法、数值方法和半数值方法。

脊形波导中导模传输与损耗的分析与计算

脊形波导中导模传输与损耗的分析与计算脊形波导是一种在半导体微波电子学中常用的结构，在高普通频段
工作时它无可称道的优势可以得到有效的发挥。

本文主要研究脊形波
导中导模传输与损耗的分析计算，包括以下几个方面:
1. 导模的计算：计算脊形波导n层结构中出现的导模，包括传播常数、介质折射率与传播波长等。

2. 损耗分析：计算脊形波导n层结构中损耗最大处，利用散射矩阵方
法和数值模拟模型分析脊形波导损耗本构的参数，以便是最大损耗变
得更加明显。

3. 谐振频率调整：计算脊形波导n层结构中谐振频率的变化，包括金
属板层数的变化以及导模的变化，以找到最佳的谐振频率。

4. 射频设计：利用计算结果设计脊形波导的射频器件参数，包括频率
选择、封装模具调整、传输长度与谐振频率等。

5. 分析电路：搭建脊形波导电路，以加深对理论计算结果的理解，分
析电路中导模传输与损耗行为。

本文通过对脊形波导n层结构中导模传输与损耗的分析计算，提出了
一种具有可行性的设计方案，使得实际的脊形波导能够高效的工作、
发挥出强大的射频能力。

另外，还提出了一些有关射频设计的工作，
例如元件设计以及封装模具调整等，期望能够获得更好的传输参数与更低的损耗行为。

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脊位于窄边的单脊波导传输特性
文章用有限差分理论获得场的差分方程组的通用矩阵形式，分析了脊位于窄边的单脊波导本征值问题，获得了脊位于窄边的单脊波导的截止波长一系列数据，对脊波导器件的应用有一定的实际意义。

标签：有限差分法；脊波导；本征值
引言
导波系统可以导引电磁波在其中传播，人们希望能够获得简单并且精确求解脊波导的计算方法，但对高次模却无能为力，特别是当脊很薄和脊沟很窄时，其精度受很大限制。

1 原理
图1是脊位于窄边的单脊波导结构图。

假设脊波导内为空气，且纵向均匀，则波导内的场满足亥姆霍兹方程（为方便起见，记？准代表HZ或EZ）。

通过理论分析，可以得出以场量？准i（？准1，？准2，…，？准n）为未知数的n个差分方程，由此构成的差分方程组以矩阵形式表示为
（1）
式中[A]为系数矩阵；[？准]是以网格节点上的待求场量？准i（？准1，？准2，…？准n）为分量的列向量，即本征向量；kC是本征值，？姿C=■是截止波长，文章采用双重迭代法求本征值kC。

2 数值计算结果
设宽边a，窄边b=0.45a，下面是计算机编程得到的数据：？姿C/a是归一化截止波长。

2.1 s/b=0.3 b/a=0.45
d/a c/b=0.1 c/b=0.2 c/b=0.3 c/b=0.35
2.2 s/b=0.5 b/a=0.45
d/a c/b=0.1 c/b=0.2 c/b=0.3
2.3 s/b=0.6 b/a=0.45
d/a c/b=0.1 c/b=0.2
3 结果分析
3.1 当脊宽s/b和脊高d/a固定，且d/a0.3且s/b0.3且s/b>0.4时，随着脊从波導的窄面移到中心处位置期间归一化截止波长？姿c/a递增，当趋近于中心位置时，归一化截止波长？姿c/a会保持在某一稳定值。

3.2 当脊位置c/b和脊高d/a固定，d/a0.3和s/b0.3和s/b>0.5时，随着脊宽s/b从0.1到0.9归一化截止波长？姿c/a递减。

3.3 当脊位置c/b和脊宽s/b固定，随着脊高d/a从0.1到0.9，归一化截止波长？姿c/a先递减后递增。

参考文献
[1]邓素芬，杨显清，陈友至.基于有限元法的脊波导特征值分析[J].电子对抗技术，2005，20（1）：43-46.
[2]鲁加国，樊德森.非对称单脊波导的积分方程法分析[J].微波学报，1998，14（2）：108-115.
[3]郑勤红，曾华，解福瑶，等.脊波导族的多极理论分析[J].微波学报，2001，17（3）：24-28.
[4]任列辉，邢锋，徐诚，等.用电磁场算子理论分析脊波导的传输特性[J].电子与信息学报，2004，26（2）：326-331.
作者简介：刘建丽（1973-），女，兰州交通大学自动化与电气工程学院副教授，主要从事电工基础理论教学的研究。