微波耦合器与非均匀介质谐振器的模拟与分析

摘要

鉴于微波器件中耦合器的重要性,模拟设计了两种不同场合应用的耦合器。
　　 其一,从同轴定向耦合器的基本原理出发,提出了一种比较实用的高方向性弱耦合的同轴定向耦合器的模型。此模型结构的同轴定向耦合器符合CDMA、W—CDMA、DCS等微波射频通信系统对于耦合度为-35dB、隔离度大于65dB的定向耦合器的指标要求。还针对同轴定向耦合器端面的特性阻抗以及如何提高耦合器方向性等问题进行了探讨。
　　 其二,根据数字邻频双工器中对三分贝耦合器的要求和三分贝耦合器的基本原理,对应用于数字电视领域的一款窄带三分贝耦合器进行了分析。在此基础上设计出一款新的宽带三分贝耦合器结构,并利用HFSS软件对这种结构进行了仿真。同时分别对这两种不同结构的耦合器所允许的输入功率进行了讨论。设计和仿真结果表明,这两种结构的三分贝耦合器符合一般的指标要求,分别适用于窄带和宽带的数字邻频双工器中。
　　 时域有限差分方法是近年来发展很快的一种电磁场数值计算方法,也是计算介质谐振器的谐振频率等特性参数的重要手段之一。
　　 从麦克斯韦旋度方程出发,讨论了FDTD算法相关的基础知识,然后应用了FDTD方法,基于Matlab编码,对一个均匀介质的谐振器进行了模型分析和结果仿真,与实测结果相对比,仿真结果显示了FDTD方法的有效性。接着分别建立一个具有同心结构和横向平面分层式结构的非均匀介质谐振器模型,通过调节各层介质不同的厚度比例,我们发现可以用两种固定的介电常数相异的介质来获取所期望的谐振频率。这个分析和模拟结果有助于设计模型简单、尺寸规格相近但谐振频率各异的介质谐振器。此外,我们还对介质谐振器的输入输出阻抗、反射损耗等重要参数进行了计算,并对电场及磁场分布情况进行了可视化计算。