Современная электроника №4/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 53 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 Рис. 3. Моды круглого волновода даёт неверные результаты. Для полу- чения корректных результатов следу- ет вводить в структурах продольные плоскости симметрии, позволяющие сделать вырезки из полных структур. Расчёт в HFSS для вырезок в виде «чет- вертинок» из модельных структур давал корректный результат благодаря тому, что в волновых портах вводились толь- ко моды, имеющие нужные плоскости симметрии, тем самым обеспечивался учёт всех необходимых мод для струк- тур заданного электрического размера. Продольные плоскости симметрии волноводных структур Программа ANSYS HFSS при запуске проекта на счёт первым делом анали- зирует волновые порты, рассчитывает распределения поля для всех заданных мод. Моды распределяются по номерам по возрастанию в порядке их выхода из отсечки. На рис. 3 показаны распре- деления поперечного электрического поля в волновых портах для несколь- ких основных (низших) мод круглого волновода. Такими модами являются моды ТЕ11 (две поляризации), ТМ01, TE21 (две поляризации), ТЕ01, ТМ11 (две поляризации). Если рассчитываемая волноводная структура не обладает продольными плоскостями симметрии, то для любой падающей моды на волновых портах могут возбуждаться все возможные моды, вышедшие из отсечки в подво- дящих волноводах. На практике часто используются осе- симметричные волноводные структу- ры, например, переходы между кру- глыми волноводами разного диаметра (рис. 1). Для таких структур в волно- вых портах будут возбуждаться только моды, имеющие тот же номер азиму- тальной гармоники, что и в падаю- щей волне [4]. В программе HFSS расчёт матрицы рассеяния выполняется сразу по всем заданным на волновых портах модам. Таким образом, пользователь программы может немедленно (после получения решения) проанализиро- вать результаты возбуждения волновод- ной структуры для разных падающих мод. Для осесимметричной волновод- ной конструкции структура многомо- довой матрицы рассеяния такова, что развязанными являются блоки, соответ- ствующие разным азимутальным гар- моникам поля возбуждения. Возможна следующая ситуация, ког- да пользователя ANSYS HFSS интере- сует матрица рассеяния только для одного вида возбуждения волново- го порта (одной моды). В этом случае расчёт осесимметричной волновод- ной структуры может быть выполнен с введением продольных плоскостей симметрии, соответствующих возбуж- дающей моде (сама структура в силу осевой симметрии имеет бесчислен- ное число плоскостей симметрии). Например, волна ТЕ11 круглого волно- вода имеет две плоскости симметрии – электрическую стенку (Perfect E), на которой тангенциальная компонен- та электрического поля равна нулю, и магнитную стенку (Perfect H), на которой тангенциальная компонента магнитного поля равна нулю (рис. 3). Тогда волновод может быть разрезан пополам, в плоскости разреза введе- но соответствующее граничное усло- вие (Perfect E или Perfect H), а расчёт может быть выполнен для «половин- ки» волновода. Можно ввести сразу две плоскости симметрии, тогда от волновода отрезается «четвертинка», на одной плоскости разреза вводится Perfect E, на второй Perfect H; расчёт может быть выполнен для «четвертин- ки» волновода. Волна ТМ01 круглого волновода является осесимметричной, поэтому из волновода с такой волной может быть отрезана половина волновода с введением в плоскости разреза гра- ничного условия Perfect H, или выре- зана произвольная секторная «доль- ка», ограниченная двумя магнитными стенками Perfect H (рис. 3). Волна ТЕ01 круглого волновода также является осе- симметричной, поэтому из волновода с такой волной также может быть выре- зана секторная «долька», но ограни- ченная двумя электрическими стен- ками Perfect Е (рис. 3). Здесь наиболее удобно вводить секторную «дольку» 90°