模式匹配法应用与总结

根据笔者尝试,暂且得到的结论是:

1、模式匹配法需要注意积分限

2、模式匹配法的建模参考坐标不重要,重要的是最终矩阵形式,不同的形式影响着场解

(如果笔者的代码没有问题的话,从目前的实践来看,应该是这样的)

3、笔者尝试,采用归一化tan,并结合邓的矩阵形式对于求解TE波的截止频率很有效(在HFSS中找到了很多个相符的结果),对于求解TM波的很不敏感甚至无效(没找到一个和HFSS相符的结果),而不归一化,令系数部分的cos和sin分置于两侧,并结合贾的矩阵形式,则对于TM波的截止频率略有效(确实找到了一个与HFSS中的截止频率相近的结果)


笔者参考了三篇文献,邓素芬的硕士学位论文《机载》,贾瑶的硕士学位论文《模式》,张本全的博士学位论文《微波》,主要是基于前两篇文献,通过脊波导模型,学习模式匹配法

贾的矩阵形式和张的矩阵形式相近,且张的细节更少,所以张的就没有进一步看了。

邓的细节最多,笔者结合了赫兹位函数的一点概念,按部就班地复现了其关于TE波的数学内容,并且在matlab上实现了代码,且与HFSS仿真对照,确定了其关于TE波的内容是有效的

不过,笔者按邓的方法,推导TM波时,发现,matlab上的结果无效,基本对不上HFSS的结果

在第二次学习实践中,笔者学业上已经基本了解了位函数概念,并且花费更多时间去复现,并比对,邓和贾的推导及效果差别,通过采用邓和贾的方法分别对TE、TM波进行求解,共编成了四类代码,获取了本文开头的那三点结论。


笔者发现,这些论文有个操作,那就是积分外的如kn、sin(kn*x),cos(kn*x)等项放置在一起,虽然没有给出解释,但是翻阅外文文献,发现如出一辙。结合笔者的实践来看,笔者隐隐感觉,kxn的位置,与sin(kxn)等三角函数的位置,这里的相对位置关系,与最终结果是有联系的(当然,也可以这样解释,不同的矩阵形式必然有不同的kn与三角函数的相对位置关系,而不同的矩阵形式导向了不同的场解)


以上论述,与笔者实践完全相符,如果有误,则完全是笔者本人学业不精所致,欢迎在评论区指正,若使笔者因此而获益则感激不已。

对于希望学习模式匹配法的朋友,下面附上一则代码,希望有所助益。

a,b,s,h的定义与邓的论文中双脊波导的模型定义一致,笔者的HFSS建模也遵循此定义。

邓素芬论文中关于TE波的模式匹配法的相关代码:


下面为函数det_deng_TE

function out = det_deng_TE(a,b,s,h,N,M,fre)%邓素芬模型

%该函数用于求得det矩阵,a、b、s、h均为脊波导尺寸,N为模式数,M影响det矩阵元素值

%   先求出各部分子矩阵,然后采用矩阵运算的方式,得到det矩阵

c0=2.99792458e8;

kc=2*pi*fre/c0;

kn=eye(N+1);

km=eye(M+1);

k=eye(M+1);

% H1

H1=eye(N+1);

for n=1:(1+N)

   kn(n,n)=sqrt((kc)^2-((n-1)*pi/h)^2);  

   if n==1

       d=1;

   else

       d=0.5;

   end  

   H1(n,n)=tan(kn(n,n)*s/2)/kn(n,n)*h*d;

end


% H2

syms y;

Ppm=ones((N+1),(M+1));

for p=1:(N+1)

   tp=(p-1)/h*pi;

   for m=1:(M+1)

       tm=(m-1)/b*pi;

       Ppm(p,m)=(-tm*sin(0.5*(b-h)*tm)+tm*cos(h*tp)*sin(0.5*(b+h)*tm)-tp*cos(0.5*(b+h)*tm)*sin(h*tp))/(tm^2-tp^2);

       if (isnan(Ppm(p,m)))||(isinf(Ppm(p,m)))

           f=cos(tp*(y-h/2))*cos(tm*(y-b/2));

           Ppm(p,m)=int(f,y,[-h/2,h/2]);

       end

   end

end


for m=1:(M+1)

   km(m,m)=sqrt((kc)^2-((m-1)*pi/b)^2);

   if m==1

       d=1;

   else

       d=0.5;

   end

   k(m,m)=cot(km(m,m)*(a-s)/2)/km(m,m)/b/d;

end

Plm=Ppm.';

H2=Ppm*k*Plm;

%  H

H=H1-H2;

out=H;

end



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