微波平面?zhèn)鬏斁€不連續(xù)性問題場分析仿真研究.pdf

1、在微波集成電路和高速數(shù)字電路中，平面?zhèn)鬏斁€不連續(xù)性是一個(gè)普遍存在的問題，也是理論分析和工程應(yīng)用中一個(gè)較為復(fù)雜的問題。常用的平面?zhèn)鬏斁€有微帶線、共面波導(dǎo)、帶狀線、槽線等多種形式，其中應(yīng)用最廣的是微帶線。由于不連續(xù)性結(jié)構(gòu)具有不規(guī)則性，所以必須借助于數(shù)值方法來分析它。在電磁場數(shù)值方法中，F(xiàn)DTD方法是一種簡單有效的時(shí)域方法，具有綜合各種非線性材料和器件的能力，在天線設(shè)計(jì)、微波電路、生物電磁效應(yīng)、EMC/EMI問題和光電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，

2、成為目前電磁學(xué)理論研究和工程應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。
　　本文以時(shí)域有限差分(FDTD)方法為主要分析手段，以微帶線為重點(diǎn)，對(duì)典型微波平面?zhèn)鬏斁€的不連續(xù)性問題進(jìn)行了分析和研究。針對(duì)平面?zhèn)鬏斁€不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)開發(fā)了基于FDTD方法的電磁仿真軟件，系統(tǒng)地研究了平面?zhèn)鬏斁€不連續(xù)性的電磁特性，分析并優(yōu)化了平面?zhèn)鬏斁€轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，初步研究了不連續(xù)性引起的輻射和高階模特性。全文主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處如下：
　　(1)研究了電磁場的FDTD數(shù)值計(jì)算方法

3、，完成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維FDTD全波電磁分析軟件主要的算法實(shí)現(xiàn)和開發(fā)工作。該軟件包含了電磁建模和FDTD數(shù)值計(jì)算兩大模塊，具有較強(qiáng)的電磁建模功能和數(shù)值計(jì)算效率，通過實(shí)際應(yīng)用和測試，以及與業(yè)界著名的商用軟件HFSS、ADS等仿真結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了軟件的功能，保證了數(shù)值求解過程的正確與高效。
　　(2)采用FDTD方法分析了平面?zhèn)鬏斁€不連續(xù)性的頻率特性和色散特性，研究了不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償和優(yōu)化方法。對(duì)典型的微帶不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，如拐

4、彎、寬度躍變、T型節(jié)、十字節(jié)等進(jìn)行了補(bǔ)償研究，優(yōu)化了微帶不連續(xù)性的傳輸特性。通過數(shù)值方法得到了不連續(xù)性效應(yīng)在傳輸方向上呈指數(shù)衰減的結(jié)論，給出了衰減量隨距離變化的定量結(jié)果，有利于電路小型化設(shè)計(jì)中不連續(xù)性影響的消除。
　　(3)研究了微帶到其他傳輸線的各種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，分析了微帶-同軸、微帶-波導(dǎo)、微帶-共面波導(dǎo)等轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的電磁傳輸特性，對(duì)常用的微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真，并進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。在