二维柱坐标系下FDTD法分析填充介质金属同轴线截止频率

"这篇论文详细探讨了如何使用二维时域有限差分法（FDTD）来分析填充介质的金属同轴线的截止频率。作者通过柱坐标系下的差分格式，计算并比较了空心金属同轴线的归一化截止频率与理论值，同时也研究了填充圆环形介质和扇形介质对同轴线截止频率的影响。" 在电磁学领域，同轴线作为传输线被广泛应用于信号传输和天线设计。当同轴线的内部结构发生变化，例如填充不同的介质，其传输特性也会随之改变。填充介质可以调整同轴线的阻抗、衰减以及截止频率等参数，这对于通信系统的设计至关重要。 FDTD（Finite-Difference Time-Domain）方法是由Ｙｅｅ在1966年提出的，这是一种用于求解麦克斯韦方程的数值计算技术，特别适合于处理复杂几何形状和非均匀介质的问题。FDTD通过在时间和空间上离散化麦克斯韦方程，能够有效地模拟电磁场在时间和空间上的变化。 论文中提到，利用FDTD方法，作者首先建立柱坐标系下的差分格式，这是针对同轴线问题的一种有效选择，因为同轴线具有轴对称性。通过这个格式，可以求解电磁场在同轴线内的传播情况。 对于空心金属同轴线，作者计算了TE波的归一化截止频率，这是一种衡量电磁波在同轴线内能否传播的关键参数。如果频率低于截止频率，电磁波无法在同轴线内传播，因此截止频率决定了同轴线的工作范围。 随后，作者进一步研究了两种填充情况：径向填充圆环形介质和角向填充扇形介质。填充圆环形介质的同轴线，每种模式（即不同阶的TE模）都有其特定的截止波数，这些数据通过曲线图得以展现。而角向填充扇形介质则会影响同轴线的截止波数分布，这可能会影响同轴线的带宽和模式选择性。 该研究通过FDTD法揭示了填充介质对金属同轴线截止频率的影响，这对于理解和优化同轴线的设计具有实际意义。填充介质的选择和布局可以作为一种工具，用来调整同轴线的性能，以适应特定的应用需求。这些研究成果对电磁波传播理论、天线设计和通信工程等领域有重要的参考价值。