成,实现微波部件和系统的集成化,因此被广泛地应用于微波电路,成为构造复杂微波电路的基础.由于微
带线之间耦合途径的多样性及周围介质的复杂性,所以数值分析方法成为分析其相关参数的最有效工具.
时域有限差分方法(
Finite
-
Difference T im e
-
Do main
,
FDT D
)
[1-3]
是一种分析复杂电磁场问题的有效
工具.
FDT D
方法的多功能性,使其能够用于分析微带线、微带非连续性、有源和无源器件及天线等
[4-12]
;
然而大多数文献只是用该方法分析微带线的散射参数,并未研究微带线返回路径的不连续性对不同
PCB
参数微带线的信号完整性及耦合噪声的影响以及不连续性变化时这种影响的变化.由于
FDT D
方法处理
复杂电路问题的灵活性以及宽带信号可以用做激励源的优点,本文基于
FDT D
方法,用高斯脉冲为激励
源,首先研究激励微带线激励端和负载端的信号完整性以及静态微带线近端和远端的耦合噪声在不同
PCB
参数下的变化情况,其次研究返回路径的非连续性对上述信号完整性及耦合噪声的影响,最后研究
非连续性变化时上述影响的变化.
吸收边界采用单轴各项异性介质的完全匹配层
[3,14-15]
,通过适当选取介质的参数,各项异性介质有较
好的吸收效果.
1 时域仿真
1.1 电路结构及参数
图 1 是所研究的微带线及
PCB
的俯视图及正视图,铜质微带线(
σ
=5.8
e
7
S
/
m
)的长度、宽度、厚度及
微带线内部边缘的距离分别用
l
1
,
w
,
t
和
s
表示,铜质返回路径和介质基板(相对介电常数为
ε
r
)的长度为
l
1
,宽为
l
2
,铜质返回路径厚度为
t
,介质基板厚度为
h
,微带线特征阻抗为
Z
0
.端口 1, 端口 2, 端口 3 和端口
4 为微带线的 4 个端口.
图 1 微 带 线 及
P C B
F ig
.1
M icr os t r ip s and P CB
图 2 微 带 线 返 回 路 径 非 连 续 性
F ig
.2
Dis continuit y o f r etu r n pat h o f m icro s t r ips
本文中,微带线返回路径非连续性采用在返回路径上产生在一个宽度为
g
, 中心距激励端50
m m
的缝
隙.图 2 是从
PCB
板背部看微带线返回路径非连续性的俯视图和侧视图.
1.2 有集中元件的
FDT D
公式
有关
FDT D
方法及完全匹配层的理论可以参阅前述文献,这里仅给出位于
E
z
节点,具有内阻
R
S
, 电
压源
V
S
的
FDT D
公式.
E
z
的表达式为
[3]
E
n
+ 1
z
(
i
,
j
,
k
+
1
2
) =
1 -
Δ
t
Δ
z
2
R s
ε
0
Δ
x
Δ
y
1 +
Δ
t
Δ
z
2
R s
ε
0
Δ
x
Δ
y
E
n
z
(
i
,
j
,
k
+
1
2
) +
Δ
t
R s
ε
0
Δ
x
Δ
y
1 +
Δ
t
Δ
z
2
R s
ε
0
Δ
x
Δ
y
V
n
+
1
2
S
+
773
(总第 126 期) 微带线返回路径非连续性对信号及噪声的影响(陈建华等)