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摘要微波铁氧体器件是微波毫米波电子信息通信设备和系统中不可缺少的元器件。长期以来广泛地使用在雷达、通信、人造卫星、导弹系统等方面。常见的微波器件有隔离器、环行器、相移器、调制器等。其中环行器是一种非互易的三端口微波铁氧体器件，其散射矩阵满足幺正性质。 由于微波铁氧体是磁复杂媒质，本构关系是频率与空间的复杂函数。因此需要采用数值仿真降低研究成本。本文以基于麦克斯韦方程的时域谱元法为基础，研究了求解关于铁氧体磁复杂媒质时域谱元法的实现方法。引入了复杂媒质关系方程。研究了适用于分析铁氧体磁各向异性媒质的电场强度→磁感应强度→磁场强度→电场强度方程。为了分析开域问题，引入各向异性介质理想匹配层(UPML)。最后，本文推导了磁各向异性媒质（铁氧体），并将其引入 EBH 方程，并使用磁复杂媒质的铁氧体环形器算例进行了测试。59993
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毕业论文关键词 时域谱元法，六面体网格离散，GLL基函数，各向异性介质理想匹配层，铁氧体环行器
Title Ferrite microwave devices of the time-domain spectral element method
Abstract Microwave ferrite devices is an indispensable component in microwave millimeter wave communication equipment and system. Microwave ferrite devices has long been widely used in radar, communications, satellites, missile systems, etc. Common microwave devices are isolator, circulator, phase shifter, modulator, etc. circulator is a three-port nonreciprocal microwave ferrite devices, and the scattering matrix satisfy unitary in nature. Due to the microwave ferrite is magnetic complex medium, the constitutive relation is a complex function of frequency and space. So we need to reduce research costs by numerical simulation. In this paper, based on the time-domain spectral element method (SETD) which is based on maxwell's equations,we research the solution of SETD method for ferrite magnetic complex medium. Introduce the equation of the relationship of complex medium. Learn the the electric field intensity → magnetic induction intensity → Magnetic field intensity equation which is applicable to the analysis of the ferrite magnetic anisotropy medium.To analyze the open domain question, we introduce the anisotropic perfectly matched layer ( UPML).Finally, this paper deduced the magnetic anisotropic medium (ferrite), And ferrite complex medium circulator were tested as example.
Keywords: SETD method, hexahedral mesh discretization, Gauss-Lobatto-Legendr, UPML, ferrite circulator
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2研究历史与概况2
1.3本文的主要内容3
2基于麦克斯韦方程的时域谱元法的基本理论..5
2.1求解区域的网格离散..5
2.2基函数的选取7
2.3基于麦克斯韦方程的时域谱元法方程的建立..10
2.4激励源的设置与后处理..12
2.5本章小结..13
3时域谱元法的理想匹配层技术..14
3.1EBH方程的理想匹配层PML公式推导14
3.2理想匹配层算例验证.16
3.3本章小结..17
4铁氧体微波器件的时域谱元分析18
4.1铁氧体材料理论的介绍..18
4.2铁氧体时域本构关系的推导.21
4.3铁氧体环行器数值仿真结果与分析.23
4.4本章小结..30
总结..31
致谢..32
参考文献33
1 绪论 1.1 研究背景及意义 微波铁氧体器件是微波毫米波电子信息通信设备和系统中不可缺少的元器件，其工作原理主要是利用材料磁导率的张量特性及铁磁共振效应。各种微波器件都是利用铁氧体材料在静态或开关切换的磁场和微波信号作用下呈现出旋磁效应、非线性效应及其他电磁特性而制造出来的。使用在外加偏置磁场下具有磁各向异性的铁氧体制成的隔离器、环行器、相移器、调制器、滤波器、限幅器、振荡器及延迟线等各种微波器件已经具有半个世纪的历史。被广泛地使用在雷达、通信、电视、人造卫星、导弹系统、电子对抗系统及高能粒子加速器等民用和军事应用的各个方面。 铁氧体微波器件中微波铁氧体环形器在微波通信中一直以来有着广泛的应用。主要应用在射频收发系统中，利用其端口的传输的非互易性，作为收发双工应用，连接天线与收发链路，通过环形器的功能使得信号收发只由一副天线就能实现。环形器是三端口器件，它可以是无耗的，并在所有三个端口是匹配的，其散射矩阵具有幺正性质，是一个非互易性器件[1]。它对于不同方向传输的电磁波呈现出不同的特性，使得电磁波按某一环形方向传输．若反环形方向传输，则有很大衰减。