Круглый волновой порт

Назначение

Круглый волновой порт предназначен для возбуждения и приема электромагнитных волн в круглых волноводах и других структурах, имеющих круглое поперечное сечение.

Порт обеспечивает физически корректное моделирование подключения устройства к внешнему круглому волноводу.

Типичными объектами применения являются:

• круглые волноводы;
• антенные облучатели;
• рупорные антенны круглого сечения;
• поляризационные преобразователи.

Физический смысл

В реальном устройстве электромагнитная энергия поступает в исследуемую конструкцию через круглый волновод.При моделировании нет необходимости создавать весь тракт целиком. Вместо этого на границе расчетной области назначается круглый волновой порт.

Порт выполняет две основные функции:

• вводит электромагнитную энергию в модель;
• позволяет анализировать энергию, покидающую устройство.

Таким образом круглый волновой порт является математической моделью подключения устройства к внешнему волноводному тракту.

После запуска расчета система формирует на поверхности порта распределение электромагнитного поля, соответствующее волне, распространяющейся внутри круглого волновода.

Какие волны возбуждает круглый волновой порт

Для круглого волновода могут существовать:

• TE-моды;
• TM-моды.

Основной рабочей модой большинства круглых волноводов является TE11. Именно эта мода используется в САПР "ГАММА" при возбуждении круглого волнового порта.

Основная мода TE11

Мода TE11 обладает следующими особенностями:

• имеет минимальную частоту отсечки;
• распространяется первой при увеличении частоты;
• наиболее часто используется в практических устройствах;
• имеет две взаимно ортогональные поляризации.

Частота отсечки

Для распространения волны рабочая частота должна быть выше частоты отсечки основной моды.

Частота отсечки TE11 определяется выражением:

fкр = 1.841 · c / (2πa)

где:

• c — скорость света;
• a — радиус круглого волновода.

Если рабочая частота ниже частоты отсечки:

• энергия не распространяется вдоль волновода;
• поле затухает по мере удаления от порта;
• передача мощности отсутствует.

Поэтому перед выполнением расчета рекомендуется убедиться, что рабочий диапазон частот находится выше частоты отсечки используемого волновода.

Поляризация возбуждаемой волны

Особенностью моды TE11 является существование двух взаимно ортогональных поляризаций.

Для задания ориентации электрического поля в САПР ГАММА используется механизм "Линия интегрирования".

Поляризация определяется комбинацией следующих параметров:

• положение вдоль оси;
• угол поворота.

Изменение этих параметров приводит к повороту возбуждаемого электрического поля внутри круглого волновода.

Когда использовать

Рекомендуется использовать круглый волновой порт если:

• модель содержит круглый волновод;
• требуется физически корректное возбуждение круглого волноводного тракта;
• необходимо вычислить S/Y/Z-параметры устройства;
• моделируются переходы между круглыми волноводами;
• моделируются переходы между круглым и прямоугольным волноводом;
• выполняется расчет рупорных антенн круглого сечения;
• требуется исследование поляризации электромагнитной волны;
• необходимо воспроизвести реальные условия подключения устройства к круглому волноводу.

Когда не использовать

Не рекомендуется использовать круглый волновой порт если:

• модель не содержит круглого волновода;
• необходимо локальное возбуждение между двумя проводниками;
• требуется задать фиксированное напряжение или ток;
• используется коаксиальная линия передачи;
• используется прямоугольный волновод;
• требуется возбуждение микрополосковой или полосковой линии;
• необходимо моделирование точечного источника поля.

В таких случаях рекомендуется использовать другие типы возбуждений.

Тип структуры	Рекомендуемое возбуждение
Коаксиальная линия	Коаксиальный волновой порт
Прямоугольный волновод	Прямоугольный волновой порт
Локальный зазор между проводниками	Сосредоточенный порт
Источник напряжения в цепи	Источник напряжения
Источник тока в цепи	Источник тока

Также не рекомендуется использовать круглый волновой порт на поверхностях, не являющихся круглыми торцевыми сечениями волновода.

Назначение круглого волнового порта в САПР "ГАММА"

Рекомендации по расположению

Круглый волновой порт может быть назначен только на поверхность типа Круг.

Порт рекомендуется располагать:

• на торце круглого волновода;
• на границе расчетной области;
• на удалении от переходов;
• на удалении от резких неоднородностей;
• на удалении от согласующих элементов.

Внутри расчетной области использование возможно только при наличии проводящей заглушки. В этом случае порт будет нагружен строго на соответствующую линию передачи, а точность результатов не будет искажена.

Создание условия

1. Открыть вкладку Решение.

   

2. Выбрать команду Возбуждение.

   

3. В списке условий выбрать Круглый волновой порт.

   

4. Выбрать круглую торцевую поверхность волновода.

   

5. Выбрать направление распространения с помощью кнопки Направление вращения. Стрелка определяет направление распространения возбуждаемой волны относительно поверхности порта.

   

6. При необходимости в выпадающем списке задать положение вдоль оси, которое определяет базовую ориентацию линии интегрирования относительно выбранной координатной оси.

   

7. Выбрать угол поворота, который позволяет дополнительно повернуть линию интегрирования на заданный угол. Поворот выполняется относительно выбранной оси. Используется для управления ориентацией электрического поля возбуждаемой волны.

   

8. Нажать Применить, затем ОК.

   

После создания порт появится в дереве проекта в папке Условия в группе Возбуждения.

Линия интегрирования и поляризация

Линия интегрирования используется для определения ориентации возбуждаемого электрического поля.

Система использует Положение вдоль оси + Угол поворота для построения линии интегрирования и определения поляризации моды TE11.

При сравнении нескольких расчетов рекомендуется использовать одинаковые настройки линии интегрирования. В противном случае различия результатов могут быть связаны не с исследуемой конструкцией, а с различной ориентацией возбуждаемого поля.

Симметричный круглый волновой порт

Для моделей, обладающих плоскостью H-симметрии, рекомендуется использовать симметричный круглый волновой порт.

Для отображения симметричных портов необходимо включить параметр Показать симметричные порты

Особенности симметричного порта:

• назначается только на полукруглую поверхность;
• положение линии интегрирования фиксировано;
• позволяет уменьшить размер расчетной области;
• сокращает время расчета и объем потребляемой памяти.

Проверка корректности назначения

После назначения порта рекомендуется убедиться, что:

• порт расположен на торце волновода;
• выбрана круглая поверхность;
• направление распространения выбрано корректно;
• линия интегрирования настроена корректно;
• отсутствуют разрывы геометрии.

Типичные ошибки при назначении

Ошибка	Возможное последствие
Порт назначен не на круглую поверхность	Невозможно создать порт
Порт расположен не на торце волновода	Некорректное возбуждение
Неверное направление распространения	Ошибки фазовой интерпретации
Неверно выбрана линия интегрирования	Некорректная поляризация
Порт расположен слишком близко к неоднородности	Возбуждение паразитных мод