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期中作業
微波電路
指導教授:陳文山
學生:蘇峯毅
學號:M9930101
一個全球時域有限元素法分析
主動非線性微波電路
A Global Finite-Element Time-Domain Analysis
of Active Nonlinear Microwave Circuits
Sung-Hsien Chang, Roberto Coccioli, Member, IEEE,
Yongxi Qian, Member, IEEE,and Tatsuo Itoh, Life Fellow, IEEE
IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 47, NO. 12, DECEMBER 1999, 2410~2416
大綱
摘要
FETD方程式
結果
結論
心得
【資料來源】 IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 47, NO. 12,
DECEMBER 1999, 2410~2416
A Global Finite-Element Time-Domain Analysis of Active Nonlinear Microwave Circuits
Sung-Hsien Chang, Roberto Coccioli, Member, IEEE,
Yongxi Qian, Member, IEEE,and Tatsuo Itoh, Life Fellow, IEEE
摘要
延伸時域有限元素法(FETD)模式混合電磁和電路模擬複雜的主
動微波電路提出這篇文章。
電路被動的分部部分是使用FETD分析其相互作用集中被動/主
動 線性/非線性原件來通過模擬在等效電流發生器其值和內部電
容導納計算在每個時間步藉由FETD解決。
基準測試在一個微波放大器和一個注入鎖定振盪器表示這個擴
大FETD是不僅優於在網狀的靈活性，但也給更準確結果比相似
的FDTD基礎算法。
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FETD方程式
EM場在一個無損區域包含集總電路元件來描述藉由Maxwell’s旋度方程
  E  
H
t
E
 E  
 Je  Jc
t
Je是激發電流
Jc是傳導電流
這使用向量積函數表示Ne和Nf數量的明確四面體邊緣和在網狀表面，電
場和磁性通量密度可以表示為
E 
Ne
 eiWi
1
i 1
Nf
B   0  hiWi
2 
邊緣和表面(W(2))向量積函數，因為
必須選擇吸引他的特性的自動執行切線連續
性到電場和正常連續性到磁性通量密度。
i 1
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 E  dI  
h j
0
t

s e
k k
k face
“ j”
,
j  1, N f
sk  1 取決於是否邊緣“k”是沿著或相反到表面“j”定義。
邊緣積函數W(1)相關與非理想導體邊緣的網狀藉由整合部分
產量以下微弱從Maxwell-Ampere law

V

H    Wi
   V Wi
1
dV  
S
H  Wi

 n dS
E
1
dV   V Wi  J e dV
t
1

1
 J c dV ,i  1, N e .
  V Wi
1
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最初吸收邊界條件在頻率領域允許表示積分在表面積分項作為





 jk n H  n   E   jkn n  n E 


轉換上述關係在時間領域可以放在矩陣形式
e
g  Gd  h  Gc 
 Gb  e  I e  I c
t
Gd ij    V   W j 1 W j 2 dV
Gc ij    V Wi 1 W j 1dV
Gb ij  r , eff

r , eff


S
n Wi
1
Ie和Ic向量其輸入有關的激發和集總原件電流 I

1
 n W j dS
c i

1
 J c dV
I e i
 V Wi


1
 J e dV .
V
Wi
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結果
圖1(b)顯示三種等效電路的使用。
第一模式相互作用在輸入發電機和
輸入微帶線之間;
第二描述相互作用在MESFET的輸入
和輸出微帶線之間;
第三是耦合在負載和汲極電源供應
以及輸出微帶線。
圖1.(a)微波放大器的結構。(b)等效電路(Nc=4)。
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圖2. (a)自我振盪器混合的結構。(b)等效電路(Nc=5)。
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混合電磁和電路模擬算法概述在前幾節需要考慮EM/電路相
互作用在遵循四個位置:
1)輸入發電機
2)原件輸入(閘極)終端
3)輸出(汲極)終端
4)負載/汲極電源供應
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圖3.時間響應的微波放大器。
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圖4.小訊號分析微波放大器應用大訊號模式。
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圖5.頻譜輸出功率用於單調激發不同功率水平在6GHZ。
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圖6.輸出功率諧波用於單調激發。
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圖7.頻譜輸出功率用於雙調相同功率水平Pin在3和6GHZ。
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圖8.輸出功率互調產生用於雙調激發。
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圖9.時間響應自由運行注入鎖定振盪器。
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圖10.計算和量測輸出功率注入鎖定振盪器關於Vds。
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結論
•
Whitney形式一和二採用在這篇文章避免雜散模式問題藉由正確執行切線和正
常連續性條件到電場和磁通量。
•
Norton等效電路模式中電特性的集總原件相互作用在EM波和電路數量之間。
•
建議算法不利用任何外部編碼，避免需要編碼接口交換資料。
•
相對於微波放大器和注入鎖定振盪器必須用於驗證算法通過比較與實驗資料，
資料提供藉由商業用的編碼和資料以前獲得與擴展FDTD算法。
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心得
這篇文章說明FETD分析，雖然我還是看不懂這篇文
章在說什麼，但是適合研究。