非对称共面波导色散特性及应用的研究

摘要

目前在微波集成电路以及毫米波和光学集成电路中，共面波导的应用已经越来越受到重视，但是，我们知道对称共面波导在理论设计上是对称结构的，但实际制作出来的共面波导一定是非对称的；而且在制作微波毫米波器件时，例如转接器和耦合器等，非对称共面波导也是很需要的。因此，非对称共面波导更具有一般性和应用灵活性。针对以上情况，本文使用时域有限差分法对非对称共面波导和带金属底板非对称共面波导的色散特性进行了研究，并首次使用矢量网络分析仪对其色散特性进行了测试。 在各种数值计算方法中，时域有限差分法近年来由于它的一次时域计算就可以得到很宽频谱内信息的优势引起了人们高度的重视。本文使用时域有限差分法计算的时候，提出了全空间的计算模型和基于MUR-PML混合吸收边界条件。全空间计算模型是适合所有的不对称结构的待研究体的，而且包括了介质下面的空气部分，使仿真更加的接近实验真实情况；基于MUR-PML混合吸收边界条件的时域有限差分法非常适合计算传输线这种结构，因为传输线是传送电磁波的，电磁能量主要是沿着中心导带行进，因此在两个传输端面上设置PML完全匹配层吸收边界条件，在其他面上设置MUR二阶吸收边界条件，会大大提高计算效率，而且计算结果与XFDTD仿真软件计算结果相比较，基本趋于一致。 在微波毫米波集成电路中，共面波导的应用越来越广泛，不但可以传输信号，还可以制作各种器件，然而在和别的传输线，例如槽线连接的时候，由于结构必须对称，因此限制了它的应用，而相对于对称共面波导来说，非对称共面波导就具有更大的灵活性，针对这种情况，本文给出了非对称共面波导-槽线转接器，并计算了它的S参数，通过使用这种转接器，大大提高了槽线和共面波导连接的灵活性。

目录

文摘

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创新点摘要

第1章绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2微波传输线及其CPW的发展历史及研究现状

1.2.1微波平面传输线的发展概况

1.2.2 CPW的发展历史和研究现状

1.3本文的立题依据及主要工作

第2章FDTD的原理与应用

2.1引言

2.2 FDTD的基本方程

2.2.1麦克斯韦方程

2.2.2 FDTD基本方程

2.3解的稳定性

2.4吸收边界条件

2.5激励源的类型

2.5.1时谐场源

2.5.2脉冲源

2.6 FDTD数值解的步骤

2.7 FDTD的应用

2.7.1微波传输线的应用

2.7.2天线问题中的应用

2.7.3生物电磁学中的应用

2.7.4电磁兼容预测中的应用

2.8基于FDTD的一些仿真软件

2.9本章小结

第3章FDTD全空间计算模型和激励源的研究

3.1 FDTD全空间计算模型

3.2激励源的研究

3.2.1微带线激励源设置

3.2.2 CPW激励源设置

3.3 CPW特性阻抗的计算

3.3.1 CPW的结构

3.3.2 CPW的全空间计算模型

3.3.3 CPW的FDTD计算结果及其分析

3.4本章小结

第4章MUR-PML混合吸收边界条件

4.1 MUR吸收边界条件

4.2 PML吸收边界条件

4.3 MUR-PML混合吸收边界的研究

4.3.1 MUR和PML吸收边界条件的特点

4.3.2 MUR-PML混合吸收边界

4.4 XFDTD的原理与边界设置

4.5混合吸收边界的数值计算与分析

4.6本章小结

第5章ACPW色散特性的理论计算与分析

5.1 ACPW的结构

5.2利用FDTD法对ACPW色散特性的计算原理

5.2.1 ACPW的FDTD全空间计算模型

5.2.2 ACPW色散特性的计算原理

5.3数值计算结果与分析

5.4本章小结

第6章ACPW的测试

6.1测试的ACPW结构

6.2测试方法及其测试系统

6.2.1测试方法

6.2.2测试系统

6.3测试结果及其分析

6.4本章小结

第7章ACPW在微波器件中的应用

7.1 CPW在无源微波器件方面的应用

7.1.1在天线馈线中的应用

7.1.2 CPW在微波器件方面的应用

7.2非对称共面波导—槽线转接器

7.3本章小结

第8章结束语

参考文献

附录A FDTD基本方程推导过程

附录B FDTD基本方程迭代部分程序实现

攻读博士学位期间公开发表的论文

致谢

研究生履历