几何尺寸对非对称单脊波导单模带宽的影响

胥万松，郑勤红，姚 斌，李 琳，张黎黎

（1.德宏师范高等专科学校，云南 芒市 678400；2.云南师范大学物理与电子信息，昆明 650092；3.红河学院理学院，云南 蒙自 661100）

几何尺寸对非对称单脊波导单模带宽的影响

胥万松1，2，郑勤红2，姚 斌2，李 琳2，张黎黎3

（1.德宏师范高等专科学校，云南 芒市 678400；2.云南师范大学物理与电子信息，昆明 650092；3.红河学院理学院，云南 蒙自 661100）

用时域有限差分（FDTD）法分析了非对称单脊波导部分几何尺寸变化对主模带宽的影响，结果表明，可以通过改变脊波导的部几何分尺寸来调节单模带宽。实例计算了对称单脊波导的截止波数，并与文献报道的结果进行比较，结果显示利用该计算方法所得数据精确有效。

时域有限差分法；非对称单脊波导；单模带宽

在现代微波工程中，为了满足微波传输系统性能的某些需要，需要不断探索和研究具有特殊截面形状的各种新型波导.自20世纪40年代Cohn[1]开始研究脊波导的特性以来，对脊波导的研究不断深入.脊波导与传统的矩形波导相比，脊波导有很多显著的特点：单模带宽更宽、主模截止波长更长、阻抗更低.脊波导在微波和毫米波器件中得到了广泛应用.脊波导的研究方法很多，如多极理论分析法[2]、横向谐振法[3]、有限元法[4]、有限差分法[5]等.本文用时域有限差分（FDTD）方法计算非对称单脊波导主模带宽，给出了不同尺寸时主模带宽值.

1 FDTD法的基本原理

在研究波导和传输线本征值问题时，导波结构沿z方向是均匀不变的，波导中的电磁场沿z方向的变化表示为对z的偏导数为z方向的差分可用常数代替，FDTD法Yee氏三维网格可简化为二维网格.下面给出 Hz和 Ex的差分公式[6]，其它分量可类似得出：

其它分量可类似得出.各个场分量在时域中进行多次迭代后，对波导截面上任意一点的场量做傅立叶变换可得到导波模式的截止频率[7-8].同时，本文采用文献[9]的方法定义单模带宽

由 （其中 是真空中的光速），可得

2 计算实例

图1为对称单脊波导的截面示意图.为验证上述方法的有效性，波导各边尺寸的选取与文献[2]相同，即取网格划分为 ，取如下高斯点源激励：

图1 对称单脊波导

表1 对称单脊波导TE模的截止波数kc(rad/cm)

3 计算非对称单脊波导部分几何尺寸变化的主模带宽

图2 非对称单脊波导

图3 带宽与b2/b1之间的关系

表2 非对称单脊波导的主模带宽

4 结论

本文用FDTD法实例计算了对称单脊波导的截止波数，并与文献值进行了比较，表明该方法可行有效.计算了非对称单脊波导部分几何尺寸变化时的主模带宽，结果显示可以通过改变部分几何尺寸调整单脊波导的单模带宽，带宽随单脊波导由非对称变化为对称而增大.

[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.不对称脊波导截止波长的计算[J].现代雷达,2000,22(2):62-66.

[4] 邓素芬,杨显清,陈友臸.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.

[5] 孙海,褚衍东.不对称脊波导的传输特性[J].雷达科学与技术,2006,(4):240-244.

[6] 葛德彪,闫玉波.电磁波时域有限差分法[M].西安电子科技大学出版社(第二版),2005,22.

[7] 姚斌, 郑勤红, 帅春江等.用FDTD法计算部分介质填充波导的截止频率[J].云南师范大学学报(自然科学版), 2006,26(4): 52-55.

[8] 姜艳娥, 郑勤红, 姚斌等.用非均匀网格FDTD法计算部分介质填充脊波导的截止频率[J].云南师范大学学报(自然科学版), 2009, 29(4): 46-49.

[9] 孙岐峰, 逯迈, 陈小强.脊的位置变化对对称双脊波导主模截止波长的影响[J].微波学报, 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

国家自然科学基金重点项目 (50734007)

胥万松（1978-），讲师，硕士研究生.

郑勤红。研究方向：微波模拟计算，Email: zheng_qh@yahoo.com.cn

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