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電磁界 有限要素法 周波数応答

方向性結合器の電磁界解析事例

衛星通信の送受信システムやマイクロ波地上通信システムで利用される電磁波回路は、各種導波管で構成されています。
これら導波管の中から今回は多孔形方向性導波管について、電磁界解析ソフトウェアF-WAVEで解析しました。

多孔形方向性結合器は、図1のようにE面を共有する2つの導波管内に多数の結合孔を空けた結合器で、広帯域にわたって良好な方向性を示します。
多孔形方向性結合器の外観図は図1の通りです。
主導波管と副導波管の境界面 の孔の径は中央に近い程大きく、孔の中心位置は管内波長の1/4間隔で配置されています。
今回は、ポート1から10GHzのマイクロ波をTE10モードで入射して解析を行いました。

方向性結合器内の電磁界解析 モデル外観図

図1:多孔形方向性結合器形状全体図 (上蓋を外した状態)

図1のポート1から入った前進波は、主導波管と副導波管をつなぐ開口部を通過するのでポート2とポート4に一定比で伝達されます。
ポート4に出力される波は主導波管の前進波に比例した出力が得られ、ポート3に出力される波は主導波管の後進波に比例した出力が得られます。

図2のポインティングベクトル線図からわかるように、Port1から入射したマイクロ波は、主導波管をほぼ無損失で伝わり副導波管を伝わる波は主導波管を伝わる波に比べて非常に小さくなっている様子がわかります。

方向性結合器内の電磁界解析

図2:ポインティングベクトル線図

ここでコンターバーのスケール変換を行い、図3のように、副導波管内の非常に小さな波が見えるようにしました。

方向性結合器内の電磁界解析

図3:ポインティングベクトル線図

方向性結合器はこのように主導波管の損失を抑えつつ波を分岐し、副導波管にて反射電力比等を計測するために利用されますが、シミュレーションにより各ポート情報とSパラメータを計算し、主導波管と副導波管を通過する電力量を比較したり、入射波と反射波の位相と電力、入射波と進行波の位相と電力の評価等を行うことができます。

方向性結合器内の電磁界解析

電界分布アニメーション
方向性結合器内の電磁界解析

コンター値スケール変換後
副導波管(右側)

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