平面Y形结环行器的三维时域有限差分法分析

第5期2003年5月

电　　子　　学　　报

ACTAELECTRONICASINICAVol.31　No.5

May　2003

平面Y形结环行器的三维时域有限差分法分析

季　飞,朱一成

(华南理工大学电信学院,广东广州510640)

　　摘　要:　本文采用FDTD法(finite2differencetime2domainmethod)即时域有限差分法对铁氧体样品分别为圆盘和环

形盘片的微带环行器和带线环行器进行了三维分析,计算了环形特性参数,并与文献结果做了比较.同时给出了能流图,并讨论了衬底厚度和阻尼系数对环形特性的影响.

关键词:　环行器;时域有限差分法;散射系数中图分类号:　TN7876　　　文献标识码:　A　　　文章编号:　037222112(2003)0520776203

Three2DimensionalFDTDAnalysisofPlanarY2JunctionCirculators

JIFei,ZHUYi2Chen

(CollegeofElectronicandInformationEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510640,China)

Abstract:　TheplanarY2junctioncirculatorsincludingmicrostripdisksandringsareana2lyzedbytheFDTDmethodinthreedimensions.TheandcomparedwiththoseobtainedbyBosma′sGreen′sfunctionapproach.Thepower2densityandtheeffectofsubstrateheightandthedamp2ingfactoronthecirculationoKeywords:　2domainmethod;scatteringcharacteristics

1　引言

　　铁氧体在微波波段具有旋磁特性,是环行器和移相器等

线性非互易元件中的基本材料.环行器现已成为微波通讯、雷达、电子对抗等微波设备中的重要器件.从原理上讲,环行器可以有许多端口,但三端口环行器却得到最广泛的应用.铁氧体环行器可以做成波导、微带、带线等形式.在平面环行器中,铁氧体位于所有端口汇集处.铁氧体样品常用形状为圆盘,也可以是其它任意规则的六边形盘片.铁氧体为环形盘片的环行器具有一些独特的特性,如可以同时工作在两个频率点上,因而也引起人们较大的研究兴趣[1～3].由于铁氧体材料的旋磁特性,其磁导率呈各向异性,需用张量来表示,对含有铁氧体材料的平面环行器进行严格三维分析是非常困难的.假定铁氧体内的场在垂直于铁氧体平面的方向保持不变,Bosma把三维问题转化为二维问题,采用格林函数的方法对铁氧体为圆盘的平面环行器进行了分析[4].Fay和Comstock则从铁氧体结第一个共振模的场型旋转的角度对铁氧体为圆盘的平面环行器的环形功能机理进行了解释和验证[5].在Bosma和Fay工作的基础上,一些学者对铁氧体为圆盘的平面环行器设计进行了进一步探讨[6,7].对于铁氧体为环形盘片的带线环行器的分析仍是以Bosma的二维格林函数方法为基础[1～3].随着计算机速度的不断提高,数值算法如时域有限差分法成为人们求解复杂电磁场问题的重要方法,一些学者已

采用时域有限差分法对圆盘带线环行器进行了三维分析[8～9].时域有限差分法的一个重要优势就是能处理具有张量特性的各向异性媒质,如等离子体、磁化铁氧体材料等.本文拟采用时域有限差分法来分析铁氧体为圆盘和环形盘片的Y形结平面环行器包括微带环行器和带线环行器的环形特性,并讨论衬底厚度和阻尼因子对环形特性的影响,以便为环行器的实际设计提供理论指导.

2　理论与算法

　　在饱和磁化的铁氧体材料中,其电磁波是由下列偏微分方程决定[10]:

×E=- ×H=--γ(M×H)-BdtDdt

(1)(2)

(3)=M|M|dtdt

其中γ是旋磁比,α是阻尼系数,M=Ms+m为磁化矢量,H=Hi+h为外加磁场强度矢量.Ms,Hi,分别表示饱和磁化强度和外向恒定磁场,而m和h分别为磁化矢量的交变部分和外加高频磁场矢量的交变部分.通常恒磁场幅度比交变磁场幅度大得多,即　Msµm,Hiµh.已知B=μ0(H+M),则有:

收稿日期:2001212212;修回日期:2002206225

基金项目:国家自然科学基金(No.60101002);广东省自然科学基金(No.994263)

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