| パッケージ | Aether |
| 入力ファイル | WGCoupling.min,WGCoupling.ain WGCoupling.zip |
| 説明 |
TE10モードで導波管を駆動する同軸伝送線のシミュレーションです。上の図は、領域表面上の要素分割を示すシステムの断面図です。導波管の高さはz方向に1.75 cm、幅はx方向に3.5 cmである。y方向に10.1 cmの長さは、近端に金属壁、遠端にマッチング終端境界を設定してモデル化されています。このモードのカットオフ周波数は fc = 4.286 GHz です。駆動周波数 f = 6.00 GHz において、伝搬方向（y）に沿った波長は c/sqrt(f^2- fc^2) = 7.145 cm となります。 同軸線の内径は0.10 cm、外径は0.50 cmで、誘電率（EpsiR）は2.0です。特性インピーダンスは68.3 Ωです。この線路は、金属境界から1/4波長離れた位置で導波管に接続されています。中心導体は導波管の幅の半分まで伸びています。伝送線路の長さは1.75 cmで、下端にはマッチング終端層が設けられている。この層を流れる半径方向電流がTEM波を駆動します。Aether入力ファイルの電流密度値から、総電流は3.142 Aとなります。電流の半分（1.57 A）は吸収層で損失となり、残りの半分は電力P = (1.57)² × 68.3/2 = 84.26 WでTEM波を駆動します。この計算の目的は、ネットワークのS11およびS12パラメータを決定することです。 |
| 結果 |
中央の図は、ある特定の時点におけるTE10モードの電界（Ez）を示しています。励起波は主にy方向に伝播する進行波であり、わずかな定在波成分を含んでいます。y方向に沿ってスキャンした際のEzの最大値と最小値から、定在波と進行波の振幅比は0.178となり、これは96.7%の吸収率に相当します。一方、AerialのR/Iポート波ツールによる計算では、この比は0.19となっています。 パラメータS21は、整合された終端を持つ出力ポート（導波管）における基準電界の値と、入力ポート（伝送線路）における入射波の電界との比として定義されます。ポートの形状が異なる場合、S12は、出力ポートの終端で吸収される電力の値と入力ポートの入射電力の比の平方根の比として算出されます。入射電力は 84.26 W であり、Aether は導波管終端で 78.38 W の電力が消費されると計算するため、S21 = sqrt(78.38/84.26) = 0.9645 となります。同軸線は導波管と完全にマッチングしていないため、同軸線には反射波の成分が含まれていると予想されます。パラメータS11は、入力ポートにおける入射電界に対する反射電界の比率です。エネルギー保存則より、S11 = √(1.000 – S21) = 0.1884となります。 S11を求める別の方法は、ライン内の入射波と反射波を直接測定することです。下の図は、z方向に沿った半径方向の電界のスキャン結果を示しています。最大値（39.68 kV/m）と最小値（26.34 kV/m）から、定在波比（SWR）は 1.506 であることがわかります。この値は、S11 = (1-SWR)/(1+SWR) = 0.506/2.506 = 0.202 という式によりSパラメータと関連付けられます。AerialのR/Iポート波動ツールによるS11の値は0.195です。どちらの値も、S21から決定された値と一致しています。 |
| コメント |
結論として、このシステムは導波管に対して非常に良好な結合を提供しています。数値モデリングにおける有用な方向性としては、同軸線延長部の先端形状を変更することで結合が改善されるかどうかを検証することが挙げられます。形状、材料特性、およびRFパラメータは、ComSOLのベンチマーク例「Coaxial to Waveguide Coupling」に基づいています。Aetherによる結果は、ComSOLのレポートに記載されている結果と一致しています。 |
