Dieser Hohlleiter wird verwendet, um den Ausgang von zwei SSPA-Verstärkern zu kombinieren. Die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Wellen und der Geometrie wird untersucht. Es kann ein optimales Design gefunden werden.
Ausgangs-Situation
Untersuchung der Auswirkungen von Welleninteraktionen
Bei dem in diesem Beispiel zu analysierenden Hohlleiter handelt es sich um ein Standardmodell WR42 mit einem Kombinationsanschluss mit vier Anschlüssen. Er wird verwendet, um die Ausgangsleistung von zwei 20-GHz-Solid-State-Leistungsverstärkern (SSPA) zu kombinieren. Die Ausgänge der beiden Verstärker werden in die Anschlüsse 2 und 4 mit einer um 90° phasenverschobenen Trennung eingespeist, um die Ausgangsleistung der SSPAs auf Anschluss 1 zu lenken. Port 3 des Hohlleiters ist der isolierte Port, an dem die Impedanzfehlanpassung am Ausgangsport 1 absorbiert wird. Der Hohlleiter besteht aus einer Aluminiumumrandung.
Ziel ist es, das elektromagnetische Wellenmuster unter den gegebenen Bedingungen zu ermitteln und die Auswirkungen der Wellenabsorption/-interaktion zu untersuchen.
Bild: Waveguide Combiner
Dieses Problem wird auch in diesen beiden Dokumenten beschrieben und analysiert:
Arcioni, Paolo, Perregrini, Luca, Bonecchi, Fulvio, "Low-Loss Waveguide Combiners for Multidevice Power Amplifiers", The Second International Conference on Electromagnetics in Aerospace Applications, September 1991.
Getting Started with HFSS: A 20 GHz Waveguide Combiner
Geeignete Methode
3D Full Wave Frequenz Lösung
Da die Wellenlänge bei 20 GHz in etwa der Größe der Geometrie entspricht, ist es erforderlich, den vollständigen Satz der Maxwell-Gleichungen ohne Vereinfachungen zu lösen, wie es mit dem NX Magnetics-Lösungstyp Full Wave geschieht. Die Lösung kann im Zeit- oder Frequenzbereich durchgeführt werden. Während die Lösung im Frequenzbereich das Feld der vollständig etablierten Wellen ergibt, ermöglicht die Lösung im Zeitbereich die Untersuchung der Ausgangsbedingungen und des detaillierten Verhaltens des schwingenden Feldes. Der Solver kann beides, und es ist eine gute Idee, die Ergebnisse beider zu vergleichen. Im Folgenden verwenden wir die Lösung im Frequenzbereich.
Die Erstellung des FEM-Modells in NX ist recht einfach: Die innere Geometrie wird mit Hexaedern vernetzt und das Material Air wird zugewiesen.
Bild: Mesh für den Hohlleiterkombinator
Der nächste Schritt ist die Definition der beiden einlaufenden Wellenöffnungen in der NX-Simulationsdatei. Hierfür müssen einige Parameter definiert werden, die die Wellenmuster auf den Flächen beschreiben. Das nächste Bild zeigt die resultierenden elektrischen Felder an den beiden Einfalls-Ports und die Phasenverschiebung.
Bild: Eingehender Port Definition. Der rechte Port ist um 90° verschoben
An den Grenzflächen des Hohlleiters wird eine Impedanzbedingung (Finite-Conductivity-Boundary) angewendet, die es ermöglicht, die Außenwände mit Eigenschaften von Aluminium zu modellieren.
Bild: Dialog zur Definition des Randmaterials
Ergebnisse
Wellenfeld, Absorption
Einige der Ergebnisse sind der Real- und Imaginärteil der elektrischen und magnetischen Felder. Diese Felder ermöglichen eine detaillierte Untersuchung und ein Verständnis der Welleninteraktion in der gegebenen Geometrie. Natürlich ermöglicht das parametrische NX-Modell schnelle und einfache Designänderungen und Simulationsaktualisierungen.
Abbildung: Realteil des elektrischen Feldes im Wellenleiter
