波导内壁表面粗糙度对电磁波传输性能的影响研究

论文摘要

随着雷达的研制成功,微波技术作为一门独立的学科迅速发展起来。在微波频段下,需要使用导波系统输送电磁波,这样才能满足微波传输中所必需的能量损耗小、效率高、功率容量大的要求。波导作为一种常用的导波元件越来越受到人们的重视。但是在实际应用中,由于一些制造上的因素,波导的性能有时很难满足要求。这其中波导内壁的表面粗糙度就是一个很重要的因素。波导内壁的表面粗糙度会增加波导的传输衰减,消耗电磁能量。在处理表面粗糙度对其影响时,一般是根据经验公式求出衰减常数,但是经验公式是由实验数据拟合得出的,缺乏严格理论推导。另外,经验公式对于处理导体表面局部粗糙度过大的情况并不适用。本论文针对上述问题展开研究,从麦克斯韦方程和微波传输的趋肤效应出发,给出由于粗糙表面边界导致的波导衰减的解析表达式。论文首先给出了微波和波导传输的基本原理、矩形规则波导的传输特性参数,以及波导传输时的导体损耗,指出了由表面粗糙度带来的波导衰减的增加。然后给出表面粗糙度的定义和相关评定参数,总结电磁场计算中应用的几种表面粗糙度的建模方法,指出其不足;根据分形几何理论建立更加完善的表面粗糙度模型;以此模型为基础,分析表面粗糙度对导体损耗的影响,给出解析形式,并分析了局部粗糙度的情况。最后推导出表面粗糙度对波导导体损耗功率影响的具体形式,并与文献中数据进行对比,验证模型的正确性。以K波段和Ka波段波导为例计算在TE1 0模式下的传输损耗功率和导体损耗系数,结果说明:经验公式在处理局部粗糙度时存在偏差;表面粗糙度可以使得导体损耗增加一倍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 表面粗糙度对波导传输性能的影响研究
• 1.2 波导的传输特性
• 1.2.1 微波特点
• 1.2.2 微波频段划分
• 1.2.3 导波系统（传输线）分类
• 1.3 表面粗糙度理论
• 1.3.1 表面粗糙度标准中的基本参数定义
• 1.3.2 表面粗糙度的建模方法
• 1.4 表面粗糙度影响波导传输问题的发展与现状
• 1.4.1 国外方面
• 1.4.2 国内方面
• 1.4.3 研究意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 矩形波导传输的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 规则波导内的波动方程
• 2.3 矩形波导的工作模式
• 2.3.1 传输模式
• 2.3.2 场结构
• 2.3.3 管壁电流
• 2.4 矩形波导的传输特性参数
• 2.5 矩形波导的损耗功率的计算及其误差分析
• 2.6 小结
• 第三章 表面粗糙度对导体损耗的影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 表面粗糙度理论
• 3.2.1 基本术语及评定参数
• 3.2.2 建模方法
• 3.3 基于分形理论建立表面粗糙度模型
• 3.3.1 分形几何模型
• 3.3.2 分形方法中的参数与表面粗糙度参数的关系
• 3.4 表面粗糙度对导体损耗的影响分析
• 3.4.1 趋肤深度
• 3.4.2 半无限大导体平面
• 3.4.3 导体表面局部粗糙度情况
• 3.5 小结
• 第四章 波导内壁表面粗糙度对传输损耗的影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 表面粗糙度对传输损耗影响的理论公式
• 4.3 K 波段波导
• 4.4 Ka 波段波导
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果