基于波概念迭代法的微波多层电路研究

摘要

随着微波电路的迅速发展,能够对其进行高效准确分析的电磁场分析方法得到了广泛的应用。特别是近些年来,单片微波集成电路(MMIC)和平面天线技术的出现和应用对平面电路和多层电路的快速准确计算与仿真提出了更高的要求。因此发展一种原理简单、计算速度快,并能够针对多层电路的电磁计算方法特别是快速算法有着重要的意义。波概念迭代法(WCIP)作为一种新颖的基于微波网络中波的概念的迭代方法,能够较好的解决微波电路不连续性所造成的散射问题,同时具有较低的计算复杂度。WCIP通过电场和电流密度引入入射波和散射波,并在第k-1次和k次的入射波和散射波之间建立起转换的递归关系式。当存储的各次叠加波收敛时停止循环,最后可得到电路交界面上的电流密度和电场分布。目前WCIP已在微波单层平面电路中得到了一定的应用,但还没有得到广泛的推广。
　　 本文引入针对微波多层平面电路分析的WCIP分析方法,该方法将WCIP与广义传输线理论相结合,通过波概念分析每一层平面电路的不连续性,同时利用广义传输线理论来分析层与层之间谱域波的关系,最后利用迭代运算计算出每一层电路的电磁场分布,进而求得电路的特征参数。另外,本文研究了影响WCIP计算速度的因素,对比了WCIP相对于其它电磁场数值方法在计算速度上的优势。利用WCIP对微波多层平面电路进行了仿真计算,主要分析了几种基于多层平面电路的微波天线。首先求得了多层天线电路表面的电磁场分布、导纳参数、S参数、驻波比(VSWR)、增益(Gain)等;其次将WCIP的仿真结果与AnsoftHFSS仿真结果或已有文献的结果进行对比,证明了WCIP分析微波多层电路的可行性;最后分析对比了WCIP与有限元法(FEM)、矩量法(MOM)的计算复杂度,验证了WCIP分析计算的高效性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第1章 绪论

1.1 微波电路的发展

1.2 微波电路分析方法的发展

1.3 波概念迭代法的国内外研究现状

1.4 本文的研究内容

第2章 波概念迭代法的基本原理

2.1 引言

2.2 波的概念

2.3 波概念分析

2.3.1 空域分析

2.3.2 谱域分析

2.3.3 傅立叶模式变换(FMT)

2.4 迭代计算

2.5 小结

第3章 波概念迭代法对微波多层电路的分析原理

3.1 引言

3.2 微波多层电路模型的建立

3.3 广义传输线理论的引入

3.4 波概念迭代法对微波多层电路的分析

3.4.1 层间谱域波关系的计算

3.4.2 多层电路的计算流程

3.5 WCIP对多介质层结构电路的分析

3.6 多层结构中非均匀网格的划分

3.7 小结

第4章 波概念迭代法对多层结构微波天线的分析

4.1 引言

4.2 WCIP对LTCC双层天线的分析

4.3 WCIP对ENG-TL零阶谐振器天线的分析

4.4 WCIP对超宽带微带天线的分析

4.5 计算复杂度对比

4.6 小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间参与科研项目情况和完成的学术论文