有限地共面波导不连续性的准确建模及其应用

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1、摘要有限地共面波导不连续性的准确建模及其应用硕士生：韩靓导师：吴柯教授洪伟教授(东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室)摘要共面波导因其色散性弱，易于制备，易于并联和串联有源或无源器件等优点，在单平面微波集成电路和单平面单片微波集成电路中有着广泛应用。理论上，共面波导的地应该是无限大的，但是实际应用中，受到电路尺寸和元件布局的限制，共面波导结构总是有限地。多数情况下，有限地是电气敏感的，它带来的寄生效应在高频时将严重影响设计结果。有趣的是，如果能充分理解和精确表征有限地的影响，这些寄生效

2、应反而会变得非常有用。因此，深入研究有限地共面波导结构对单平面微波集成电路和单平面单片微波集成电路设计有着重要的意义。在设计有限地共面波导电路时，本文采用如下方法：首先运用网络综合理论将待设计电路逐级分割成一些电路模块(如阻抗变换器和导纳变换器)和均匀传输线的级联，然后根据物理意义，设计一系列动态不连续性并提取其等效电路模型，最后基于网络级联对这些等效电路模型和互联传输线进行综合优化。这个过程的关键就是如何提取那些动态不连续性准确的等效电路模型。，由于矩量法在平面电路和结构准确建模方面具有快速有

3、效的优点，人们相继开发出一些基于矩量法的商业软件，并将其用于有限地共面波导电路的仿真和优化。但是，已有学者证明在确定矩量法中激励端口场时会引入寄生参量，即“端口不连续”，它对直接去嵌入得到的电路参数有负面影响。为了去除商业软件仿真结果中“端口不连续”的影响，本文以基于矩量法的商业软件包为基础，结合短路．开路数值校准技术提取出有限地共面波导不连续性更加准确的等效电路模型，并使用这些模型分别设计了微带．有限地共面波导转接，超宽带滤波器以及阶梯阻抗谐振器。测试结果表明微带一有限地共面波导转接的背对背结

4、构在DC．10GHz的频带内回波损耗小于一12dB。超宽带滤波器的相对带宽达到了85％，带内差损小于ldB，带外衰减约为13．5dB／GHz。文中也介绍了提高此类超宽带滤波器选择性的方法。实验结果表明改进的滤波器的相对带宽达到72％，带内损耗大约是1．5dB，带外衰减为32．9dB／GHz。四分之一波长阶梯阻抗谐振器的最低次杂散频率大于四倍的基频，具有很好的谐波抑制作用。论文也讨论了有限地共面波导周期性结构的设计，包括阻抗阶梯型周期结构，复合右手-左手传输线和漏波天线。关键字：有限地共面波导，等

5、效电路模型，商业电磁仿真软件包，矩量法，短路一开路数值校准技术IIAbstractAccurateModelingofFinite—GroundCoplanarWaveguideDiscontinuitiesandItsApplicationM．Eng．Candidate：HANLiangSupervisor：Prof．Ⅵ唧KeProf．HoNGW西(StateKeyLaboratoryofMillimeterWaves，CollegeofInformationScienceandEnginee

6、ring，SoutheastUniversity,Nanjing，210096，P．R．China)CoplanarWaveguide(CPW)hasgainedwidepopularityforitsapplicationinuniplanarMICsanduniplanarMMICsduetoitslowdispersion，easinessoffabricationandeasyinsertionofshuntandseriesactive／passivedevicesandelement

7、s．ThegroundwidthofCPWissupposedtobeinfiniteintheory，butinpractice，theCPWstructurealwayshasfinite-widthgroundplanes，whichare，inmostcases，electricallysensitive．Therefore，ignoringtheeffectsofgroundplaneindesignmayleadtoe,l-roneousresultsathighfrequencie

8、s．Interestingly，suchparasiticeffectsmayturnouttobeveryusefulift11eyCanbewellunderstoodandpreciselycharacterized．Therefore，adeepunderstandingoftypicalFinite-GroundCPW(FGCPW)structureshasgreatsignificancetothedesignofuniplanarMICsanduniplanarMMICs．Inou