Csőtápvonal
Négyszög keresztmetszetű csőtápvonal (Rectangular waveguide) | |
Négyszög keresztmetszetű csőtápvonal. | Az elektromos térerősség terjedése a csőtápvonalban. [Kattints a képre az animáció megtekintéséhez.] |
| |
Oktató
|
További oktatók:
|
Contents
[hide]A feladat célja
A hallgató megismerje a végeselem-módszer főbb lépéseit, mint a modell előkészítése (geometria elkészítése vagy importálása), anyagparaméterek, peremfeltételek és gerjesztés megadása egy négyszög keresztmetszetű csőtápvonal esetében. A szimuláció beállításai és eredményei elősegítsék a más tárgyakból tanult elméleti ismeretek elmélyülését.
A feladat megoldása során azzal nem foglalkozunk, milyen módon lehet a csőtápvonalba jelet juttatni.
A feladat megoldásához szükséges ismeretek
- A végeselem-módszer lépései;
- A Maxwell-egyenletek teljes rendszerének ismerete (hullámegyenlet ismerete);
- Csőtápvonal működésének ismeret.
A vizsgált csőtápvonal
A feladat geometriai méretei: a=2cm
A geometria elkészítését és a beállításokat a feladathoz készült YouTube videóban részletezem.
A feladat megoldásához az elektromos térerősségre felírt Helmholtz-egyenletet[1] oldjuk meg
- Δ→E+k2→E=0
- Δ→E+k2→E=0
ahol k=ω√με
Azonban egy csőtápvonal szimulációja előtt érdemes meghatározni a vágási frekvenciát (vagy határfrekvenciát, ami alatt nincs hullámterjedés a csőtápvonalban). A vágási frekvencia a következő összefüggéssel határozható meg[1][2]:
- fh,mn=12√με√(ma)2+(nb)2,
- fh,mn=12√με√(ma)2+(nb)2
ahol μ
A szimulációval kapott eredmények
A levegővel kitöltött csőtápvonalnál TE10
- fh,10=12√μ0ε0√(10,02)2+(00,01)2=12√μ0ε0⋅0,02=7,4926GHz≈7,5GHz.
- fh,10=12√μ0ε0√(10,02)2+(00,01)2=12√μ0ε0⋅0,02=7,4926GHz≈7,5GHz
A bemeneti reflexió és az előre irányú átviteli tényező frekvenciafüggvényén (jobb oldali ábra) jól látható, hogy a szimulációval visszakaptuk az előzőleg analitikusan kiszámolt vágási frekvenciát. A vágási frekvenciát követően az átvitel eléri a maximumát.
Emellett a lenti ábrákon látható az elektromos (baloldali ábra - E field) és mágneses (jobboldali ábra - H field) térerősség a négyszögletes csőtápvonal keresztmetszetében TE10
Az elektromos térerősség vektorok a bemeneti portnál TE10 módus esetében.
|
A mágneses térerősség vektorok a bemeneti portnál TE10 módus esetében.
|
Az elektromos térerősség vektorok a csőtápvonalban TE10 módus esetében.[Kattints a képre az animáció megtekintéséhez.]
|
A mágneses térerősség vektorok a csőtápvonalban TE10 módus esetében.[Kattints a képre az animáció megtekintéséhez.]
|
References
- ↑ Jump up to: 1.0 1.1 Istvánffy E.: Tápvonalak, antennák és hullámterjedés, Műegyetemi Kiadó, 1997.
- Jump up ↑ Kolos T., Standeisky I.: Mikrohullámú technika I., Tankönyvkiadó, 1980.