基于FDTD分析有限地共面波导电磁特性

论文摘要

共面波导作为一种性能优越、加工方便的微波传输线,正日益在MMIC电路中发挥越来越大的作用,尤其到了毫米波频段,共面波导更拥有微带线所不可比拟的性能优势。但传统理论分析共面波导是建立在一系列理想情况下的,诸如介质基片无限厚,接地板宽度无限大……这和实际情况不符。为了更好的指导MMIC电路设计,有必要对非理想情况下的共面波导电磁特性进行研究。本文正是研究有限接地宽度对共面波导电磁特性的影响。在众多数值计算中,时域有限差分由于它的一次时域计算便可获得很宽频谱内的信息优势被选为本文的研究方法。文中详细的讲述了时域有限差分法分析共面波导的原理和步骤。在网格划分上,采用非均匀网格,做到细微模拟场强处,精确模拟物理结构;对于常用的激励及其加入方式作了系统的研究,给出了激励源的两种添加方式和应用;在吸收边界的处理上,与传统直接由磁场求电场的完全匹配层(PML)迭代推导不同,本文通过引入中间变量电通,由磁场计算电通,再由电通计算电场。这样可以避免不同介质区域需编写不同代码带来的繁琐。另外文中给出了8种具体尺寸的共面波导,计算出了它们的特性阻抗、传播常数和有效介电常数,接下来总结了有限接地板宽度对共面波导电磁特性的影响规律。最后提出了本课题当前的困难并对课题下一步工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 共面波导的发展历史和研究现状
• 1.3 时域有限差分法简介
• 1.4 本文立题的依据和主要工作
• 第二章 时域有限差分的基本原理及其关键技术
• 2.1 时域有限差分法的基本原理
• 2.1.1 有限差分的概念
• 2.1.2 Yee 的差分网格
• 2.1.3 FDTD 的基本算法
• 2.2 时域有限差分法中的关键技术
• 2.2.1 数值稳定性问题
• 2.2.2 激励源技术
• 2.2.3 吸收边界条件
• 第三章 共面波导的时域有限差分分析
• 3.1 FDTD 分析FGCPW 的建模和网格剖分
• 3.1.1 FGCPW 的物理建模
• 3.1.2 FGCPW 的网格剖分
• 3.2 FDTD 分析FGCPW 的关键技术
• 3.2.1 时间步长的确定
• 3.2.2 激励源的选取和添加
• 3.2.3 截断边界的处理
• 3.2.4 FDTD 分析FGCPW 编程思路
• 第四章 FDTD 分析FGCPW 的数值结果
• 4.1 时域数值结果
• 4.2 频域数值结果
• 4.2.1 特性阻抗的计算
• 4.2.2 传播常数的计算
• 4.2.3 有效介电常数的计算
• 4.2.4 实验模型计算结果
• 4.2.5 结论
• 4.3 计算结果比对
• 第五章 总结与展望
• 5.1 当前工作的总结
• 5.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 附录一 FDTD 基本迭代公式
• 附录二 PML 中的迭代公式