幾何尺寸對非對稱單脊波導(dǎo)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(xué)校，云南 芒市 678400；2.云南師范大學(xué)物理與電子信息，昆明 650092；3.紅河學(xué)院理學(xué)院，云南 蒙自 661100）

幾何尺寸對非對稱單脊波導(dǎo)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?？茖W(xué)校，云南 芒市 678400；2.云南師范大學(xué)物理與電子信息，昆明 650092；3.紅河學(xué)院理學(xué)院，云南 蒙自 661100）

用時(shí)域有限差分（FDTD）法分析了非對稱單脊波導(dǎo)部分幾何尺寸變化對主模帶寬的影響，結(jié)果表明，可以通過改變脊波導(dǎo)的部幾何分尺寸來調(diào)節(jié)單模帶寬。實(shí)例計(jì)算了對稱單脊波導(dǎo)的截止波數(shù)，并與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯示利用該計(jì)算方法所得數(shù)據(jù)精確有效。

時(shí)域有限差分法；非對稱單脊波導(dǎo)；單模帶寬

在現(xiàn)代微波工程中，為了滿足微波傳輸系統(tǒng)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(dǎo).自20世紀(jì)40年代Cohn[1]開始研究脊波導(dǎo)的特性以來，對脊波導(dǎo)的研究不斷深入.脊波導(dǎo)與傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)相比，脊波導(dǎo)有很多顯著的特點(diǎn)：單模帶寬更寬、主模截止波長更長、阻抗更低.脊波導(dǎo)在微波和毫米波器件中得到了廣泛應(yīng)用.脊波導(dǎo)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(shí)域有限差分（FDTD）方法計(jì)算非對稱單脊波導(dǎo)主模帶寬，給出了不同尺寸時(shí)主模帶寬值.

1 FDTD法的基本原理

在研究波導(dǎo)和傳輸線本征值問題時(shí)，導(dǎo)波結(jié)構(gòu)沿z方向是均勻不變的，波導(dǎo)中的電磁場沿z方向的變化表示為對z的偏導(dǎo)數(shù)為z方向的差分可用常數(shù)代替，F(xiàn)DTD法Yee氏三維網(wǎng)格可簡化為二維網(wǎng)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(gè)場分量在時(shí)域中進(jìn)行多次迭代后，對波導(dǎo)截面上任意一點(diǎn)的場量做傅立葉變換可得到導(dǎo)波模式的截止頻率[7-8].同時(shí)，本文采用文獻(xiàn)[9]的方法定義單模帶寬

由 （其中 是真空中的光速），可得

2 計(jì)算實(shí)例

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

圖1 對稱單脊波導(dǎo)

表1 對稱單脊波導(dǎo)TE模的截止波數(shù)kc(rad/cm)

3 計(jì)算非對稱單脊波導(dǎo)部分幾何尺寸變化的主模帶寬

圖2 非對稱單脊波導(dǎo)

圖3 帶寬與b2/b1之間的關(guān)系

表2 非對稱單脊波導(dǎo)的主模帶寬

4 結(jié)論

本文用FDTD法實(shí)例計(jì)算了對稱單脊波導(dǎo)的截止波數(shù)，并與文獻(xiàn)值進(jìn)行了比較，表明該方法可行有效.計(jì)算了非對稱單脊波導(dǎo)部分幾何尺寸變化時(shí)的主模帶寬，結(jié)果顯示可以通過改變部分幾何尺寸調(diào)整單脊波導(dǎo)的單模帶寬，帶寬隨單脊波導(dǎo)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.

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

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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(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)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(jì)算，Email: zheng_qh@yahoo.com.cn

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