MEMS层叠式微带贴片天线的建模、分析

摘要

微带天线具有许多优点，如体积小、重量轻、剖面薄、容易与载体共形、与集成电路的兼容性好、易于大批量制作等，在近几十年来得到了广泛的应用。对微带天线的研究必将为无线通信系统的发展带来深远的影响。通常微带贴片天线的频带较窄，而利用微电子机械系统(MEMS)技术制作具有多层介质和贴片结构的微带天线，可以有效地扩展天线的带宽。本论文的主要工作即是寻求一种好的方法来求解这类复杂结构微带天线的三维电磁场分布问题，分析天线的特性。 本论文利用时域有限差分(FDTD)法，对一种新型的MEMS层叠式微带贴片天线进行了精确的时域仿真。FDTD法可以较精确地处理具有不规则形状和不同介质分界面的复杂结构；对不同方向的FDTD网格边界实施了具有不同精度的边界吸收条件，使计算更“经济”；采用了一种简单有效的激励源设置方法，使前端表面无需进行特殊处理，同时，避免了前端表面和其附近的直流畸变的问题；利用时域解得到的丰富的电磁场信息，给电磁波在天线上的传播绘制出了清晰的图像，有助于直观地理解天线工作的物理过程；通过对时域计算的结果进行一次傅里叶变换，求得了天线在频域上的特征参量，从而有助于了解天线在宽频域内的辐射特性，FDTD计算与经验公式计算值取得了较好的一致，并与实验测试值符合得较好，证明这种计算方法用于新型MEMS微带天线的分析是行之有效的。 本论文将FDTD法应用于MEMS微带天线的仿真分析，有效地节约了存储空间和计算时间，取得了较好的效果，显示了FDTD法用于分析复杂结构微带贴片天线的有效性和优越性。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2 MEMS层叠式微带贴片天线

1.2.1 MEMS微带天线的发展前景和研究意义

1.2.2 MEMS层叠式微带贴片天线的模型

1.2.3时域有限差分法在微带天线分析中的应用

1.3课题研究的意义和论文的主要工作

2微带天线

2.1引言

2.2微带天线的辐射机理

2.3微带线特性

2.3.1微带线的传输模式

2.3.2微带线的准静态特性参数

2.3.3微带线的色散特性

2.4宽频带微带天线

2.4.1展宽微带天线频带的技术途径

2.4.2几种新型的大带宽微带天线

2.5微带贴片天线的分析方法

2.5.1传输线模型法和空腔模型法

2.5.2微带贴片天线的数值计算方法

2.5.3天线参数的经验公式计算法

3 FDTD法

3.1引言

3.2 FDTD方程

3.2.1 Maxwell方程

3.2.2微商的差商近似

3.2.3 Yee氏网格

3.2.4 FDTD基本方程

3.2.5一种新的FDTD方程

3.2.6归一化的FDTD方程

3.3数值稳定性分析

3.4误差分析

3.5吸收边界条件

3.5.1 Mur近似吸收边界条件

3.5.2超吸收技术

3.5.3完全匹配层(PML)技术

3.5.4三种方法的比较

3.6空气-介质交界面的处理

3.7激励源分析

3.7.1激励源的类型

3.7.2激励源的设置

3.7.3设置激励源的一种新方法

3.8非均匀网格技术

3.9 FDTD数值解步骤

3.10天线特性参数的计算

4层叠式微带贴片天线

4.1引言

4.2天线结构的设计思路

4.3利用经验公式计算天线参数

4.4结果分析

5 FDTD仿真与分析

5.1引言

5.2建立FDTD网格模型

5.3设置激励源

5.4吸收边界条件

5.4.1实施吸收边界条件的必要性

5.4.2“泾济”的吸收边界条件

5.5节约存储空间和计算时间的途径

5.6电磁场分布

5.7利用时域结果计算天线特性参数

5.8结果分析和结论

全文总结

致谢

参考文献