موجبر دایره ای اتلاف پذیر

View Categories

موجبر دایره ای اتلاف پذیر

4 min read

PDF

موجبر دایره ای اتلاف پذیر
معرفی
در تحلیل حالت معمولاً هدف اصلی یافتن یک ثابت انتشار است . این مقدار اغلب، اما نه همیشه، ارزش واقعی دارد. اگر تجزیه و تحلیل شامل قسمتی با تلفات باشد، مانند یک رسانایی غیرصفر یا یک مرز باز، مقدار ویژه پیچیده است. در چنین شرایطی، بخش واقعی و خیالی تفاسیر جداگانه ای دارند:
بخش واقعی ثابت انتشار است
بخش خیالی ثابت میرایی است که میرایی در فضا را اندازه گیری می کند
تعریف مدل
مطالعه تجزیه و تحلیل حالت برای امواج الکترومغناطیسی مسئله مقدار ویژه را حل می کند
جایی که
مقدار ویژه است. برای مسائل هارمونیک زمانی، میدان الکتریکی برای انتشار خارج از صفحه را می توان به صورت نوشتاری نوشت
که در آن z جهت خارج از صفحه شناخته شده است.
پارامتر فضایی، α = δ  +  β = -λ ، می تواند یک قسمت واقعی و یک قسمت خیالی داشته باشد. ثابت انتشار برابر با قسمت خیالی است و قسمت واقعی δ z نشان دهنده میرایی در جهت انتشار است.
متغیرهای تحت تأثیر تحلیل حالت
جدول زیر متغیرهایی را فهرست می کند که تحت تأثیر تحلیل حالت بر حسب مقدار ویژه لامبدا قرار می گیرند :
 
نام
اصطلاح
می تواند پیچیده باشد
شرح
بتا
تصویر (-لامبدا)
خیر
ثابت انتشار
دمپز
واقعی (-لامبدا)
خیر
ثابت تضعیف
dampzdB
20*log10(exp(1))*dampz
خیر
ثابت میرایی بر متر، دسی بل
نف
j*lambda/k0
آره
شاخص حالت موثر
این مدل دو بعدی حالت‌های یک موجبر دایره‌ای با دیواره‌های ساخته‌شده از یک هادی غیر کامل را پیدا می‌کند که در این مورد مس است. تلفات در دیوارها منجر به تضعیف موج انتشار می شود. ثابت انتشار β به عنوان قسمت فرضی α = – λ و میرایی δ z به عنوان قسمت واقعی به دست می آید. از آنجایی که موج در موجبر در جهت z  به صورت -δ zz ضعیف می شود ، میرایی در مقیاس دسی بل با استفاده از فرمول محاسبه می شود.
نتایج و بحث
حل کننده مقدار ویژه شش مقدار ویژه را برمی گرداند. جدول 1 شش شاخص حالت موثر را نشان می دهد، eff ، نزدیکترین به 1، که در آن
و 0 عدد موج در خلاء است. جدول همچنین ثابت انتشار و میرایی را بر حسب dB/m برای هر حالت ویژه فهرست می کند.
جدول 1: شاخص های حالت موثر، ثابت های انتشار و تضعیف.
شاخص حالت موثر
ثابت انتشار (1/M)
ثابت میرایی بر متر (DB/M)
0.9308 – 2.2082·10 -6 i
19.5071
4.0199·10 -4
0.9733 – 2.1116·10 -6 i
20.3992
3.844·10 -4
0.9566 – 1.7954·10 -6 i
20.0486
3.2684·10 -4
0.9566 – 1.7954·10 -6 i
20.0486
3.2684·10 -4
0.9844 – 9.38 10 -7 i
20.6324
1.7076·10 -4
0.9844 – 9.38 10 -7 i
20.6324
1.7076·10 -4
نمودار سطح پیش فرض هنجار میدان الکتریکی را برای شاخص حالت موثر 0.9308  –  2.208·10 – j نشان می دهد . این نمودار در شکل 1 نشان داده شده است .
شکل 1: نمودار سطح هنجار میدان الکتریکی را برای شاخص حالت موثر 0.9308 – 2.208·10 -6 j به تصویر می کشد.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Transmission_Lines_and_Waveguides/lossy_circular_waveguide
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
در پنجره Model  Wizard روی  2D کلیک کنید .
2
در درخت انتخاب  فیزیک ، فرکانس رادیویی   امواج الکترومغناطیسی،  دامنه فرکانس  (emw) را انتخاب کنید .
3
روی افزودن کلیک کنید .
4
 روی مطالعه کلیک کنید .
5
در درخت انتخاب  مطالعه ، مطالعات از پیش تعیین شده  برای واسط های فیزیک انتخاب شده تحلیل حالت را انتخاب کنید .
6
 روی Done کلیک کنید .
هندسه 1
دایره 1 (c1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Circle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه  و  شکل را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، 0.5 را تایپ کنید .
4
 روی Build  All  Objects کلیک کنید .
مواد را اضافه کنید
1
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material باز شود .
2
به پنجره Add  Material بروید .
3
در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید .
4
روی Add  to  Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید .
مواد
آب (مت1)
به طور پیش فرض اولین متریالی که اضافه می کنید برای همه دامنه ها اعمال می شود.
بعد، مس را به عنوان ماده روی مرزها مشخص کنید.
مواد را اضافه کنید
1
به پنجره Add  Material بروید .
2
در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید .
3
روی Add  to  Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید .
4
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material بسته شود .
مواد
مس (mat2)
1
در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید .
2
از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
3
از لیست انتخاب ، همه  مرزها را انتخاب کنید .
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
شرایط مرزی امپدانس 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ،  دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و شرط مرزی Impedance Boundary Condition را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای وضعیت مرزی امپدانس  ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، همه  مرزها را انتخاب کنید .
مش 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Mesh  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled  Mesh را پیدا کنید .
3
در جدول، تیک Use for Waves Electromagnetic ,  Frequency Domain (emw) را پاک کنید .
برای 6 شاخص حالت موثر نزدیک به 1 حل کنید.
مطالعه 1
مرحله 1: تجزیه و تحلیل حالت
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش مطالعه  1 ، روی مرحله  1:  تجزیه و تحلیل حالت  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای تجزیه و تحلیل حالت  ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید .
3
تیک گزینه Desired  number  of  modes را انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
میدان الکتریکی (emw)
نمودار پیش فرض هنجار میدان الکتریکی را برای کمترین حالت یافت شده نشان می دهد. با شکل 1 مقایسه کنید .
ثابت انتشار و ثابت تضعیف (بر حسب دسی بل) را برای هر شاخص حالت مؤثر محاسبه کنید.
ارزیابی جهانی 1
1
در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی  ، روی جایگزینی عبارت در گوشه سمت راست بالای بخش عبارات کلیک کنید . از منو، Component (comp1)>Electromagnetic Waves، Frequency Domain>Global>emw.beta – Propagation ثابت – rad/m را انتخاب کنید .
3
 روی ارزیابی کلیک کنید .
نتایج را با نتایج ستون دوم جدول 1 مقایسه کنید .
4
روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Electromagnetic  Waves،  Frequency  Domain>Global>emw.dampzdB  –  ثابت میرایی  بر متر، dB – dB/m را انتخاب کنید .
5
 روی ارزیابی کلیک کنید .
با ستون سوم جدول 1 مقایسه کنید .