應用時域有限插分法分析方型波導管中二維不連續的問題

Abstract

長方形波導管(Retangular Waveguide)中不連續場型的特性，長久以來不論是在理論 分析上或是在工業應用方面，都一直是被探討的重點。我們所分析不連續場型特性的 問題一開始大體上結構可分為兩大類，在一長方形波導管中插入金屬簿片或者是介電 係數不同的圓形柱體，以改變原來場型的分佈。這些結構的等效電路和其頻率響應的 關係對於被動元件的電路製造和濾波器的設計上是非常有用處的，而這類問題在一系 列以頻率為主要變化域(Frequeney-Domain)的方法中大致上已被分析的很完整，且這 一系列方法的準確性已被公認是相當高。 一種時域有限差分法(Finite-Difference Time-domain Method)被有在分析二維電感 性、單頻弦波之不連續場型的散射問題上。在這時域有限差分法中最大的改進是用一 種被我們命名為特徵模態展開吸收邊界值條件(Modal-Expansion Absorbing Bound－ ary Condition)，可以非常有效的節省所模擬場形的空間，亦是大量減少所需要的電 腦記憶體。由於所模擬場形空間的減少，電腦計算所需要的時間也有某個程度以上縮 減。而這整個方法的準確性和其簡易的步驟，經由數個不同開關的結構來驗證，皆得 到相當不錯的結果。 在確信這套方法的準確性、高效率性和其容易模擬較復雜電磁場的特性後，我們利用 這套方法分析一種較複雜且最近工業上漸被重用的結構，在一層很簿的金屬牆中間開 一道電感性窗子，其背後加上一層簿的介電性物質。這結構是利用在阻抗匹配上，而 單純金屬窗子沒辦法做得很簿故和原來設計極簿的結構有誤差，利用積體電路的製作 技巧把金屬層做得極簿，但多了一層介電物質亦可支撐如此簿的金屬層。這層介電物 質對整個結構的影響被我們利用這方法得到一組完整的分析和探討。