矢量有限元法與高斯波束混合技術及其應用.pdf

1、矢量有限元法(Edge—based FEM)是一種分析復雜電磁問題的有效方法。與傳統的標量有限元法相比，其最大優(yōu)勢是能夠消除偽解，并能克服在介質或導體分界面及棱邊處不易強加邊界條件的缺點。高斯波束理論是準光技術的導波理論之一，是分析準光腔等結構的有力工具。 在短毫米波固態(tài)源設計中，采用準光腔可以大大地提高諧振器的品質因數。安裝有源器件的波導結構與準光腔之間的耦合結構的分析與設計是一個重要的問題。本文針對短毫米波固態(tài)源中波導腔

2、與準光腔之間的功率耦合問題，提出了矢量有限元方法與高斯波束展開的混合方法，研究了幾種復雜形式的波導腔一準光腔耦合結構的反射和耦合特性。結果表明，這種新的混合方法能夠有效地解決具有電小尺寸的復雜波導結構和電大尺寸的準光腔之間的電磁耦合問題。 首先介紹了矢量有限元方法的基本原理，以波導加載膜片不連續(xù)性的散射特性為例，利用完全匹配層吸收邊界條件，對容性膜片、感性膜片和諧振窗的S參數進行了計算，數值結果與文獻結果一致，驗證了有關理論

3、模型和所編的計算程序的正確性。在此基礎上，建立了矢量有限元法和高斯波束展開法的混合技術的理論模型。根據FEM的基本理論，建立耦合結構波導區(qū)域電磁邊值問題的變分方程，同時將準光腔內的電場用高斯波束展開，兩者通過交界面上的邊界條件進行耦合，建立完整的變分方程。通過矢量有限元離散處理并結合自動網格剖分技術，建立了有限元線性代數方程組。為了減少計算機內存的需求和有效提高計算速度，在上述分析計算中，采用稀疏矩陣的存儲和壓縮技術，并運用共軛梯度和雙