基于FDTD的有限宽度接地板共面波导传输特性研究

摘要

共面波导作为一种性能优越、加工方便的微波平面传输线，在MMIC电路中正发挥越来越大的作用，尤其到了毫米波频段，共面波导更拥有微带线所不可比拟的性能优势。但传统理论分析共面波导建立在一系列理想条件下，诸如介质基片无限厚，接地板宽度无限大……这和实际情况不符。为了更好的指导MMIC电路设计，有必要对非理想情况下的共面波导电磁特性进行研究。本文针对有限接地宽度对共面波导电磁特性的影响进行研究。 与其他数值计算方法比较，时域有限差分方法具有编程实现简单，一次时域计算可获得很宽频段内的信息等优点，本文采用其作为研究方法。文中详细的讲述了用时域有限差分法分析共面波导的原理和步骤。在网格划分上，采用了均匀网格和渐变非均匀网格，做到细微模拟场强处，精确模拟物理结构；对于常用的激励及其加入方式作了系统的研究，给出了激励源的两种加入方式和应用；在吸收边界的处理上，采用了Gedney和Berenger完全匹配层(PML)并讨论它们各自的优劣。用C语言编制了FDTD计算程序，使用Matlab进行显示。另外文中给出了8种具体尺寸的共面波导，计算出了它们的特性阻抗、传播常数和有效介电常数，接下来总结了有限接地板宽度对共面波导传输特性的影响规律。最后提出了本课题当前的困难并对课题下一步工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1课题研究的背景和意义

1.2共面波导的研究现状

1.3时域有限差分法简介

1.4本文的研究背景和主要工作

第二章时域有限差分方法

2.1时域有限差分算法的基本原理

2.1.1 Yee差分网格及差分方程

2.1.2数值解的稳定性

2.1.3激励源设置

2.1.4吸收边界条件

2.1.5渐变非均匀网格

第三章共面波导的时域有限差分分析

3.1 FDTD分析FGCPW的建模和网格剖分

3.1.1 FGCPW的物理建模

3.1.2 FGCPW的网格剖分

3.2 FDTD分析FGCPW的关键技术

3.2.1时间步长的确定

3.2.2不同介质分界面的边界条件

3.2.3激励源的选取和添加

3.2.4吸收边界条件的选取

3.2.5 FDTD分析FGCPW编程思路

第四章FDTD分析FGCPW的数值结果

4.1电压电流计算

4.2传输特性参数的计算

4.2.1特性阻抗的计算

4.2.2传播常数的计算

4.2.3有效介电常数的计算

4.2.4实验模型计算结果对比分析

4.2.5与实验测量数据的对比

4.2.6带屏蔽的共面波导模型研究

4.2.7渐变非均匀网格划分和均匀网格对比

4.2.8结论

第五章总结与展望

5.1当前工作的总结

5.2今后工作的改进

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果