PROFUSION-Code

Sammlung von Programmen für die Ausbreitung von Mikrowellen in Hohlleitern und im Freiraum

Zick-Zack Ausbreitung eines Gaußschen Strahls in einem korrugierten Quadrathohlleiter, der als "Remote Steering" Antenne für künftige Fusionsexperimente benutzt werden kann.

Der PROFUSION-Code (Programs  for m ultimode simulation, analys is and optimization) ist eine Sammlung von Programmen für die Ausbreitung von Mikrowellen in Hohlleitern und im Freiraum. Unterstützte Hohlleitertypen sind:

  • Zylindrisch mit glatter Wand
  • Zylindrisch mit korrugierter Wand
  • Rechteckig mit glatter Wand
  • Quadratisch mit korrugierter Wand

Der Code kann die Wellenausbreitung von Mulitmode-Spektren und die Modenwandlung aufgrund von Geometrieänderungen (Krümmung, Duchrmesseränderung) berechnen. Dies ermöglicht die Simulation einer großen Zahl von Komponenten (Krümmer, Hornantennen, Modenwandler). Das Gesamtfeld ist eine Überlagerung aus den bekannten Feldern der Moden. Damit wird die Beschreibung der Felder im Hohlleiterquerscnnitt von einer 2D-Verteilung auf einen komplexen 1D-Vektor mit Modenamplituden reduziert. Die Berechnung erfolgt so wesentlich schneller, als eine Full-Wave Simulation, ist allerdings auf Geometrien beschränkt, in denen die Eigenmoden bekannt sind.

Feldverteilung in einem gekrümmten Rechteckhohlleiter mit konstanter und optimierter Krümmung.
Feld einer Lücke in einem Hohlleiter mit einer komplexen Feldverteilung berechnet mit einer Kombination aus Hohlleiter- und Freiraumausbreitung.

Ein generisches Optimierungmodul für die Optimierung der Geometrien von Krümmern, Hornantennen und Modenwandlern ist im Code enthalten. Es beginnt mit einer einfachen Form und ändert die Geometrie, um so nah wie möglich an die gewünschten Parameter zu kommen. Für Modenwandler ist das Optimierungsziel die Konversionseffizienz. Für Hornantennen ist es die (typischerweise Gaußförmige) Feldverteilung in der Apertur. Für Hohlleiterkrümmer ist es die Modenreinheit am Ausgang und der maximale Falschmodenanteil innerhalb des Krümmers.

Alle Optimierungen können auch bei mehreren Frequenzen simultan durchgeführt werden, was das Design von Breitbandkomponenten und Mehrfrequenz ECRH-Anlagen ermöglicht.

Freiraumfelder werden als komplexe 2D-Verteilungen behandelt. Die Ausbreitung wird mit einer FFT-Methode (Zerlegung in ebene Wellen) berechnet. Die Übergänge vom Freiraum in einen Hohlleiter und umgekehrt werden ebenfalls unterstützt, was die komplette Simulation von Übertragungsleitungen, die Hohlleiter und optische Komponenten enthalten, ermöglicht. Außerdem existieren Module für:

  • Erzeugung von Feldverteilungen aus Gauss-Laguerre modes, Hohlleiterperturen und Messdaten
  • Fokussierende Spiegel
  • Berechnung der Abschneideverluste aufgrund begrenzter Spiegelgrößen
  • Phasenrekonstruktion von Feldverteilungen aus Thermokamerabildern
  • Analyse von Feldverteilungen, die mit einem Vektornetzwerkanalysator und einem 2D-Scanner gemessen wurden
 
Dr.-Ing.

Burkhard Plaum

IT und Wiss. Mitarbeiter, Mikrowellentechnologie

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