FDTD算法用于微带电路分析与设计研究

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1、FDTD算法用于微带电路分析与设计研究摘要本文利用FDTD算法，并配以理想匹配层(PML)吸收边界条件对平面微带结构做了系统的研究。文中首先对微带线、微带低通滤波器和微带耦合器进行模拟分析和参数提取，得到的结果和已有文献的结果在很高的精度上保持一致，从而验证了FDTD算法模拟和应用的有效性；在此基础上用FDTD算法对微带拐角、微带螺旋电感和微带双频天线进行了模拟分析，正确地提取了它们各自的主要参数，对相关微带电路的设计具有一定的参考价值。这些用FDTD分析微带结构的方法可以推广到其它结构的分析中。为了满足无线局域网(LAN)系统对高性能窄带带通滤波器的需求，本文采用时域有限差分法(FDTD)，

2、对微带u形双模滤波器和微带弯曲环形双模滤波器进行了模拟分析和优化设计。经过反复模拟和优化后得到的两种微带双模滤波器的中心频率(微带u形双模滤波器的中心频率为5．25GHz；微带弯曲环形双模滤波器的中心频率为2．4GHz)、插入损耗和回波损耗都很好地满足了无线局域网(LAN)系统的应用要求。同时工作在2．4GHz微带弯曲环形双模滤波器的几何尺寸比传统的由其它谐振器构成的微带滤波器的几何尺寸减小了约为40％以上。并且对于工作在低频即2．4GHz的滤波器，为了得到更陡峭的过渡衰减曲线，文章还采用了两个微带弯曲环形谐振器来设计滤波器，虽然得到的滤波器尺寸增大了一倍，但是滤波器由通带向到阻带的过渡十分陡

3、峭，具有更加优异的选频特性。另外，由于FDTD是数值方法，需要非常大的计算机资源。特别是在模拟具有谐振结构并且结构复杂的模型时，需要很长时间的计算才能达到收敛。为了提高FDTD模拟分析的效率，本文用VB和Matlab联合编程实现了GPOF算法对FDTD数据的外推程序，通过该外推程序实现了FDTD数据精确外推，用外推得到的数据来研究模型的特性，使得模拟效率提高了8到10倍。关键词：时域有限差分算法微带电路微带滤波器GPOFInvestigationonanalysisanddesignofmicrostripcircuitsusingFDTDmethodABSTRACTAdirectthree—

4、dimensionaIfinite．difierencetime．doraain(FDTD)methodisappliedtothefull-waveanalysisofmicrostripplanerstructures．Firstly,somesimulationworkshavebeendoneonthemicrostripline，microstripcoupleline，microstriplowpassfilterandmicrostripcoupler,alltheresultsshowanexcellentagreementwiththeresultsfromtheIitera

5、ture．AtierthevalidationoftheFDTDmethod．weapplytheFDTDmethodtomicrostripbend，microstripinductor,microstripantennaanalysis，andtheresultsmaybehelpfultnfuturemicrostripcircuitdesigns．tnaddition，wecaneasilyextendthesemethodstoanalyzeotherkindsofmicrostripstructures．Inordertofulfilltherequirementofhighper

6、formancenarrow—bandband—passfiltersinmodemwirelesslocalareanetwork(LAN)，severalnoveltypesofdual—modemicrostrlpband—passfiltershavebeenanalyzedandoptimizedbyapplyingtheFDTDmethod．Thesefiltersaredesignedinawaythattheyoperateindualmodestoensureagoodelectricperformanceatthecenterfrequency．Theyaredesigne

7、dtooperateateither2．4GHzor5。25GHz，whicharethefrequenciesallocatedintheareaofwireleSSlOCatareanetwork(LAN)．Theremmlossesforthesefiltersareabout一20dBandtheinsertionlossesareabout一2dBattheresonantfrequen