宽带平面balun偶极子天线的fdtd分析

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1、宽带平面Balun偶极子天线的FDTD分析

2、第1其中，Za是将Zin变换为50Ω的1/4波长阻抗变换器的特性阻抗；Zb是开路枝节的特性阻抗；Zab是振子两臂之间开缝处的等效共面波导的特性阻抗。θa，θb和θab分别为对应微带线的电长度。在最初的设计中，一般地θa=90°，θb=90°和θab=90°。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">2.2计算网格设置印刷偶极子天线的计算空间设置如图3所示，天线完全处于计算空间中，在计算空间的吸收边界采用理想匹配层

3、吸收边界(PML)［5］，计算分为4层，设定反射系数R=0.01，介质基片和微带馈线深入到PML中，以保证介质基片和微带馈线在截断处无反射。500)this.style.ouseg(this)">2.3介质层中PML的处理完全匹配层(PML)是通过在FDTD区域截断边界设置一种特殊的介质层，该层介质的波阻抗与相邻介质的波阻抗完全匹配，入射波将无反射地穿过分解面而进入PML。PML介质应满足阻抗匹配条件，即对于自由空间中的PML中的电导率为σ，磁导率为σm，则σ和σm满足下列关系：500)this.style.o

4、useg(this)">而在相对介电常数为εr的介质中的PML，若要满足与自由空间同样的反射系数，其电导率应为εrσ，则磁导率可由下式求出：500)this.style.ouseg(this)">由此，在计算过程中，介质中的PML的电导率是自由空间中的εr倍，磁导率将保持不变。在FDTD的迭代公式中，用εrσ代替σ，用εrε0代替ε0，就可以得到介质中的PML迭代公式。2.4微带线激励源设置应用FDTD方法分析微带线，微带线激励源的设置一般是将激励平面设在边界面上，并且将激励源平面设置为电壁［6,7］，在微带线与接地面之间强迫

5、加入激励的Guass脉冲，而激励面的其余部分的切向电场设为0。本文的激励源设置采用另一种方法：将激励设置划分出来成为一个单独的网格空间(激励空间)，将研究的微带结构处于另一个网格空间(微带结构空间)，激励空间的作用是迭代产生出微带线入射波的场，然后将这一入射波的场通过迭加到微带结构网格空间中。为使激励空间仅有入射波，空间两端用PML吸收层端接，并将微带线延伸入PML中。对于微带空间结构来说，连接面就是总场与反射场的分界面，他的反射区域终端连接着PML，与馈电无关，不存在二次反射。这种方法克服了由于微带不连续性或微带天线处产生的反射

6、在源平面要产生二次反射。这种源既可以用于脉冲波激励，也可以用于正弦波激励。计算过程中，源平面无需切换成吸收边界。计算天线的谐振频率，采用高斯脉冲激励，通过FFT，一次计算就可以得到上述参数的宽频特性。在计算天线的方向图时，为减少对计算机的存储空间和计算量，一般采用正弦波激励。在这里，计算时采用强迫的正弦调制高斯激励脉冲为：500)this.style.ouseg(this)">3计算结果本文研究的宽带Balun偶极子天线，其结构如图1所示，微带基片选用聚四氟乙烯玻璃纤维，相对介电常数εr=2.65，厚度H=1.0mm，偶极子天

7、线振子长度L=30.2mm，振子宽度D=4mm，振子两臂中间的中缝的间距S=0.2mm，长度l=13.8mm。Balun馈电结构的参数值Za=65Ω，］ArtechHouse,Inc，1998［3］高本庆时域有限差分法［M］北京：国防工业出版社,1995［4］王长清,祝西里电磁场计算中的时域有限差分法［M］北京：北京大学出版社,1994［5］BerrengerJThreedimensionalperfectelymatchedlayerfortheabsorptionofelectromagicensionalfini

8、tedifferencetimedomainmethodtotheanalysisofplanarmicrostripcircuits［J］IEEETransMicroicrostrippatchantennasusingfinitedifferencetimedomainmethod［J］IEEETransAntennasPropagation,Vol.37,No.11,pp1361～1369,Nov.1989［8］FujimotoK,JamesJRMobileantennasystemshandbook［M］Artech

9、HouseInc1994