xfdtd在微带线计算中的应用

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1、XFDTD在微带线计算中的应用电磁波理论和应用的发展已有一百多年的历史，电磁波技术的实际应用范围十分广泛。时域有限差分（FiniteDifferenceTimeDomain,FDTD）方法是求解电磁场问题的直接时域方法,它是计算电磁学中应用最广泛的数值算法之一，具有很大的发展应用前景。XFDTD是基于时域有限差分算法的数值求解三维电磁场问题的软件。本文介绍了XFDTD激励类型和参数设置方法以及输入和输出文件的特点和功能，并且实际利用XFDTD对微带线终端开路、短路、接匹配负载三种情况进行模拟计算。计算结果与理论分

2、析相比较达到了较高的精度，证明XFDTD在实际工程计算中具有推广应用价值。自1873年麦克斯韦建立电磁场基本方程以来[1]，电磁波理论和应用的发展已有100多年的历史。电磁波的研究已深入到各个领域，应用十分广泛，如无线电波传播、光纤通信和移动通信、雷达技术、微波、天线等等。电磁波在实际环境中的传播过程十分复杂，具体实际的研究电磁波的特性有着十分重要的意义。但通常只有一些经典问题有解析解，由于实际问题的复杂性，往往需要通过数值解得到具体环境下的电磁波特性。1966年K.S.Yee[2]首次提出了一种电磁场数值计算方

3、法－时域有限差分（FiniteDifferenceTimeDomain,FDTD）方法，它是求解电磁场问题的直接时域方法，是计算电磁学中应用最广泛的数值算法之一。FDTD具有很大的发展前景，目前已有不少软件公司开发出基于FDTD算法的计算电磁学软件。它们在存储时间和存储利用方面效率方面较高。具有友好的图形用户界面，定义模型和参数非常方便。XFDTD是利用时域有限差分法的图形用户界面电磁场问题计算软件，它是由Remcom.Inc公司推出的[3]，运行环境为Windows98/2000/NT,UNIX版本，示范版本可

4、从下列地址下载，http://www.remcom.com/x5demo-p/download.html。它适用于散射，辐射等各类电磁场问题计算，它具有多种功能，包含瞬态近－远场外推，亚网格技术（Subgrinding），介质可以是有耗介质，磁化铁氧体；可用以分析生物体对电磁波吸收特性（SAR），螺旋及微带天线，天线阻抗的频率特性，移动电话场强分布，细导线及S参数计算和RCS计算。本文利用它对微带线终端开路、短路、接匹配负载三种情况进行了计算，计算结果与理论分析相比较达到了较高的精度。作者认为XFDTD是较成熟的

5、电磁场计算软件。1XFDTD的主要特点1）建立模型和输入FDTD计算参数通过下拉菜单弹出的选项卡，系统自动生成Geometry文件和Project文件。Geometry文件中的计算模型可由多个目标单独定义并进行组合，网格均为立方体，并可设置相对于主网格1/3,1/5的亚网格，对于128M内存的计算机允许建立的网格数是三百万个，可定义14种不同电介质，电导率等电磁参数的介质材料，设定好的模型可通过三维透视。2）输出的结果可通过XFDTD的界面显示。它可以绘制各类参数曲线，并可以通过快照方式显示系列时间步长的电磁场变

6、化。利用FDTD一次计算就可以得到宽频结果的优点，可得远近场值，辐射方向图和功率，天线阻抗和增益，端口S参数，SAR及稳态场数据。XFDTD中还可以取点进行点的抽样观察，得到场分量随时间变化的曲线图。3）XFDTD中激励源的设置分为近场源和平面波源两种激励。在大多数天线及微波环路问题中经常使用近场源激励，它包括高斯激励，正弦激励及用户自定义等各种激励源。4）边界处理可选择PEC,PMC和吸收边界条件，吸收边界条件包括LIAO氏边界条件和完全匹配PML边界。2.微带线模型建立与参数设置以长为64mm的一段微带线为例

7、进行计算，微带线参数设置如图1中所示，其中=0.2mm,=1mm，=2mm，=14mm，介质的相对介电常数为2.5。图1微带线的结构计算域网格范围：:1,400;:1,150;:1,120。空间变量步长=Δx=Δy=Δz=0.2mm,时间步长，,c0为自由空间波速。入射波采用高斯脉冲，脉冲宽度＝125Δt。激励设置在贴近接地板并与自由空间相接的第一个网格上，激励源的上方设置了一个矩形金属块连接到导带。XFDTD中微带线激励设置如图2所示：图2XFDTD中微带线的激励设置在XFDTD中对微带线终端开路、短路、接匹配

8、负载三种情况进行模拟计算，吸收边界选用LIAO氏吸收边界条件。微带线终端短路时在微带线的终端设置一段金属导线连接接地板和导带。微带线终端接匹配负载的做法是在微带线的终端，接地板和导带之间设置一阻抗与微带线相匹配的导体块。微带线计算模型如图3所示。图3微带线三种情况下的计算模型（终端部分）在XFDTD中存储微带线x,y截面上瞬态和稳态场分布，可以方便直观的得到微带线内部电磁