基于有限差分法的非对称共面波导及其弯曲结构的研究

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1、分类号UDC密级单位代码10151基于有限差分法的非对称共面波导及其弯曲结构的研究陈宏巍指导教师房少军职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别博士学科(专业)通信与信息系统论文完成日期答辩日期2014．06．21答辩委员会主席StudyofAsymmetricCoplanarWaveguideandItsBendStructurebased0UFiniteDifferenceMethodDissertationSubmittedtoDahanMaritimeUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementsforthe

2、degreeofDoctorofEngineeringbyChenHongwei(CommunicationandInformationSystem)DissertationSupervisor：ProfessorFangShaojunJune2014大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博士学位论文：基王查腿差坌洼的韭过鏊基画遮昱丛墓变些结塑的受塞==。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明

3、的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。．乞学位论文作者签名：理堡盗熟学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术

4、信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密√(请在以上方框内打“√，，)日期杪l十年多月哆日创新点摘要I．提出了一种基于近似完全匹配层(NFML)边界的频域有限差分法(FDFD)，分析了非对称共面波导相位常数和阻抗频域特性，发现通过调整槽宽比可以改变非对称共面波导相位常数和阻抗的频域特性。2．提出了一种FDFD和时域有限差分法(FDTD)相结合分析非对称共面波导弯曲结构模式转换特性的方法，利用该方法实现了FDTD算法的双模激励。为共面波导弯曲结构的改进提供了

5、理论支持。3．提出了一种新型的共面波导弯曲结构和一种测试模式间能量转换的装置，改进了传统共面波导弯曲结构，降低了传输损耗。中文摘要摘要共面波导作为一种重要的平面传输线，已应用于微波、毫米波、亚毫米波、光学和高温超导集成电路等领域，并已在一些电路中取代微带线，在微波集成电路中占据着越来越重要的地位。非对称共面波导是在共面波导的基础上发展而成的一种新型传输线。相比共面波导，非对称共面波导中心导带与两侧接地板之间的缝隙宽度是不同的，可以认为是共面波导的一种推广，更具有一般性和应用灵活性。虽然对非对称共面波导的研究进行了很多年了，但由于测试条件和实际应用经验限制，对于非对称

6、共面波导的理论分析和实际应用研究仍处于发展阶段。为了对非对称共面波导进行理论分析，许多学者采用准静态的保角变换方法来进行研究，但保角变换方法难以分析非对称共面波导的频域特性。虽然时域的方法(如时域有限差分或时域多分辨率分析)能分析非对称共面波导的色散特性，但是由于受到精度所限，不能展现出非对称共面波导的优点。本文在前期研究的基础上，将近似完全匹配层边界应用于二维频域有限差分方法，使算法更加容易编程实现，更加适合分析开放结构的非对称共面波导传输线。应用改进后的二维频域有限差分方法对具有过孔的非对称共面波导相位常数进行了分析。由于直接应用二维频域有限差分方法计算传输线特

7、性阻抗精度较差，提出了以一维波方程为插值函数的阻抗计算方法，提高了特性阻抗的计算精度。分析结果表明，非对称共面波导具有比共面波导更优的阻抗频域特性。不连续结构(如弯曲结构，十字节等)是非对称共面波导在实际应用时不可避免的电路形式，因此详细研究了非对称共面波导弯曲结构。本文将频域有限差分方法和时域有限差分方法相结合，对非对称共面波导弯曲结构的模式转换特性进行了分析。通过分析比较直角、45。斜角和圆角三种不同的共面波导和非对称共面波导弯曲结构，确定了非对称共面波导弯曲结构的模式间能量转换更小，这就意味着非对称共面波导比共面波导具有更低的传输损耗。为了验证这一结论，本