Данный репозиторий содержит материалы проектирования, аналитического расчета и численного 3D электродинамического моделирования тракта прямоугольного полого волновода с основным типом колебаний
Проект включает математические расчеты в среде PTC Mathcad, твердотельные параметрические CAD-модели с присоединительным фланцем (SolidWorks / STEP), а также верификационный электромагнитный расчет в CST Studio Suite.
rectangular-waveguide-4.2ghz/
├── cad/ # Твердотельные 3D-модели (SolidWorks SLDPRT, STEP)
├── calculations/ # Аналитические расчеты в PTC Mathcad (.xmcd)
├── docs/images/ # Скриншоты расчетов, 3D-моделей и графиков моделирования
└── simulation/ # Проект электромагнитного анализа CST Studio Suite (.cst)
Аналитический расчет волноводного тракта выполнен в PTC Mathcad на основе уравнений Максвелла для электродинамики полых металлических волноводов.
-
Центральная частота:
$f_0 = 4.2\cdot 10^9\text{ Гц}$ ($4.2\text{ ГГц}$ ) -
Скорость света в вакууме:
$c \approx 2.998\cdot 10^8\text{ м/с}$ -
Волновое сопротивление свободного пространства:
$Z_0 = 120\pi \approx 376.73\ \Omega$ -
Электрическая постоянная:
$\varepsilon_0 \approx 8.854\cdot 10^{-12}\text{ Ф/м}$ -
Материал стенок: Алюминиевый сплав с удельной проводимостью
$\sigma = 35.7\cdot 10^6\text{ См/м}$
Длина волны в свободном пространстве:
Для обеспечения устойчивого распространения основной моды
- Минимальный размер:
$a_{min} = \frac{\lambda_0}{2} = 35.69\text{ мм}$ - Эффективный расчетный размер широкой стенки:
$a_{eff} = 53.534\text{ мм}$ - Размер узкой стенки (
$b = 0.5 \cdot a_{eff}$ ):$b = 26.767\text{ мм}$
-
Критическая длина волны основной моды:
$\lambda_{crit} = 2 \cdot a_{eff} = 107.069\text{ мм}$ -
Критическая частота отсечки (
$H_{10}$ ):$f_{crit} = \frac{c}{\lambda_{crit}} = 2.80\text{ ГГц}$ -
Порог возникновения высших мод:
$f_{high} = 2 \cdot f_{crit} = 5.60\text{ ГГц}$ -
Характеристическое волновое сопротивление моды
$H_{10}$ :$$W_h = \frac{Z_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{\lambda_0}{\lambda_{crit}}\right)^2}} = 505.787\ \Omega$$ -
Длина волны в волноводе:
$$\lambda_B = \frac{\lambda_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{\lambda_0}{\lambda_{crit}}\right)^2}} = 95.765\text{ мм}$$
-
Коэффициент омического затухания:
$\alpha_R = 35.974\cdot 10^{-3}\text{ дБ/м}$ ($0.036\text{ дБ/м}$ ) -
Предельная передаваемая мощность (пробой по воздуху):
$P_{max} = 605.595\text{ кВт}$
Геометрия волноводной секции смоделирована в SolidWorks и верифицирована в CST Studio Suite. Конструкция включает стандартный прямоугольный волноводный канал внутренним сечением
- Граничные условия: Открытые граничные условия по направлению распространения, проводящие стенки с учетом поверхностных потерь алюминия.
-
Порты возбуждения: На торцах волновода установлены волноводные порты (Waveguide Ports) с ориентацией поля доминирующей моды
$TE_{10}$ .
Численный электромагнитный расчет выполнен в диапазоне частот
На центральной рабочей частоте
$\text{VSWR}_1 = 1.00183$ $\text{VSWR}_2 = 1.00183$
Во всей полосе частот
На центральной частоте
-
Коэффициент отражения (
$S_{11}, S_{22}$ ):$-60.77\text{ дБ}$ /$-60.79\text{ дБ}$ (высокий уровень подавления отраженной волны). -
Коэффициент передачи (
$S_{21}, S_{12}$ ):$-0.067\text{ дБ}$ (низкий уровень вносимых потерь на длине волноводного отрезка).
На частоте
-
Взаимное сопротивление передачи (
$Z_{21}, Z_{12}$ ):$509.47\ \Omega$ .
Полученное значение
Copyright (c) 2026 Илья Корнилов
Этот исходный документ описывает открытое аппаратное обеспечение (Open Hardware) и распространяется под лицензией CERN-OHL-P v2. Вы можете распространять и изменять этот исходный документ, а также производить на его основе продукты в соответствии с условиями лицензии CERN-OHL-P v2 (https://cern.ch/cern-ohl).
Этот исходный документ распространяется БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ЯВНЫХ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ ГАРАНТИЙ, ВКЛЮЧАЯ ГАРАНТИИ ТОВАРНОЙ ПРИГОДНОСТИ, УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОГО КАЧЕСТВА ИЛИ СООТВЕТСТВИЯ КОНКРЕТНЫМ ЦЕЛЯМ. Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями CERN-OHL-P v2 для получения подробной информации.