时域多分辨分析在非对称共面波导研究中的应用

摘要

共面波导(CPW)作为一种重要的平面传输线,已应用于微波、毫米波、亚毫米波、光学和高温超导集成电路等领域,并已在一些电路中取代微带线,在微波集成电路中占据着越来越重要的地位。非对称共面波导(ACPW)是在CPW的基础上发展而成的一种新型传输线。相比CPW,ACPW中心导带与两侧地之间的缝隙宽度是不同的,可以认为是CPW的一种推广,更具有一般性和应用灵活性。
　　 很多学者对CPW的应用进行了深入的研究,但是由于测试条件和实际应用经验的限制,对于ACPW的理论计算和实际应用研究仍处在发展阶段。对于ACPW的理论计算研究方面,本文从计算电磁学的角度出发,应用小波时域多分辨分析方法(MRTD)对非对称共面波导的特性阻抗、色散特性进行了计算分析。为了完善MRTD方法,将交变隐式差分方向方法应用于MRTD方法中,解决了在采用MRTD方法计算时对时间步长取值的限制,并且将人工神经网络应用于MRTD方法中,避免了MRTD方法在处理吸收边界时的劣势,进一步改进了MRTD方法。
　　 在实际应用方面,CPW不仅可以作为微波集成电路中的连接线,还能被用来制作成各种微波无源器件。但是CPW结构要求两侧槽宽必须相等,限制了器件与电路的布局。ACPW结构可打破这一限制,使元件的布局更灵活。并且在优化微波器件性能时,由于ACPW结构器件比相应CPW器件多数个自由度,这样更容易取得较好的性能。本文充分利用ACPW这一优势,设计出应用于MEMS系统的新型ACPW结构滤波器,可以代替MEMS系统中集中参数元件中的电感器和电容器来实现带阻和带通的滤波功能。设计并制作出一种用于超宽带系统的ACPW滤波器,取得了较好性能,并用矢量网络分析仪对该滤波器进行了测试和验证。为了实现微波平面传输线系统中ACPW和微带线的连接过渡,给出了一种ACPW/微带线转接器。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 非对称共面波导研究背景和意义

1.2 非对称共面波导国内外研究现状及主要研究方法

1.3 电磁场中的数值计算方法概述

1.4 时域多分辨分析的研究与应用

1.5 本文的主要创新点

第2章 小波分析基本原理

2.1 小波变换

2.1.1 连续小波变换

2.1.2 离散小波变换

2.1.3 正交小波变换

2.2 多分辨分析

2.3 信号分解与重构

2.4 小波基函数的重要数学特性

2.5 紧支撑小波基

2.6 本章小结

第3章 时域多分辨分析方法

3.1 时域多分辨分析方法基本方程

3.2 MRTD方法解的稳定性

3.3 MRTD的数值色散

3.4 适用于MRTD方法的边界条件

3.4.1 MUR吸收边界

3.4.2 PML吸收边界

3.4.3 UPML吸收边界

3.5 MRTD在共面波导天线中的应用

3.6 本章小结

第4章 交替隐式时域多分辨分析方法

4.1 ADI-MRTD方法简介

4.2 ADI-MRTD基本方程

4.3 复杂连接边界条件的设置

4.4 解的无条件稳定性

4.5 数值结果

4.6 本章小结

第5章 非对称共面波导的计算与分析

5.1 非对称共面波导计结构

5.2 非对称共面波导静态分析

5.3 非对称共面波导色散特性的MRTD计算与分析

5.3.1 激励源设置

5.3.2 ACPW色散特性的MRTD计算

5.3.3 计算结果分析

5.4 ACPW的测试与分析

5.5 本章小结

第6章 非对称共面波导结构滤波器

6.1 微波滤波器的研究现状

6.2 共面波导滤波器

6.3 非对称共面波导滤波器

6.3.1 MEMS系统ACPW滤波器

6.3.2 超宽带ACPW滤波器

6.4 本章小结

第7章 ANN-时域多分辨分析算法

7.1 人工神经网络模型

7.2 径向基函数神经网络

7.3 ANN-MRTD算法

7.4 ACPW/微带线转接器

7.5 本章小结

第8章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 未来展望

参考文献

攻读博士学位期间公开发表的论文及科研成果

致谢