摘要 本文主要研究分析了微带线加载集总元件及简单非线性器件的场路耦合特性，通过时域有限差分算法（FDTD）和Pspice软件两种不同的方法对电阻、电容和电感等线性集总元件和二极管等非线性集总元件进行模拟仿真，获得了相关器件的电磁场场路耦合特性仿真图并进行了比较，证明了时域有限差分算法（FDTD）在模拟微带线加载集总元件及简单非线性器件时的场路耦合特性的有效性和重要作用。本文最后也推导出了一种可以对线性集总元件通用计算的 FDTD电场迭代式，并进行了仿真验证了公式的正确性。30275
毕业论文关键词：时域有限差分 ；集总元件 ；仿真 ；场路耦合 ；Pspice
Abstract This paper studies microstrip lines loaded lumped elements and simple linear devices’field road coupling characteristics,simulating and analyzing linear lumped elements such as resistance,capacitance and inductance and nonlinear lumped elements such as diode,and compares related devices’electromagnetic field-circuit coupling characteristics simulation images.The results prove the importance of FDTD in simulating simulation microstrip lines loaded lumped elements and simple linear devices’field road coupling characteristics.This paper finally derives a FDTD formula used in calculating linear lumped elements and verifies that the formula was correctness.
Keywords: FDTD ；Lumped elements ；Simulation ；Field circuit coupled ；Pspice
目 次
1 绪论1
1.1 时域有限差分算法（FDTD）的研究发展背景1
1. 2 时域有限差分法在电路系统分析中的应用 1
1. 3 论文的章节安排 2
2 时域有限差分算法的基础知识和 Pspice 软件的相关介绍 3
2.1 麦克斯韦的基本方程3
2.2 FDTD在直角坐标系中的三文迭代公式5
2.3 FDTD中的吸收边界条件8
2.4 Pspice相关知识 9
2.5 本章小结 10
3 集总元件 FDTD 的仿真 12
3.1 在FDTD中集总元件电磁场数值的计算公式12
3.2 在FDTD中对空载微带线全波电磁场耦合的仿真15
3.3 在FDTD中对电阻的仿真23
3.4 在FDTD中对PIN二极管的仿真25
3.5 本章小结 27
4 对线性集总元件的 Pspice 仿真28
4.1 对电阻的仿真 28
4.2 对电容的仿真 28
4.3 对电感的仿真 39
4.4 本章小结 30
5 结论 31
1 绪论 1.1 时域有限差分算法（FDTD）的研究发展背景 1887年，麦克斯韦建立了电磁场基本方程————即著名的麦克斯韦方程，极大地推动电磁波理论和应用技术的发展，因此被誉为19世纪最杰出的科学成就之一。但受限于当时的理论技术和计算水平，很多问题并不能得到解析解。 60 年代以来，计算机技术的飞速发展带动了电磁场分析的进步，各种算法也在计算机计算能力提高的带动下不断发展，在应用层面的成果也变得越来越多。 数十年来，发展趋势是追求更高的时钟速率、更高的频率和封装密度增长。其结果是，全波电磁建模的需求一直旺盛。对各种电路元器件越来越先进的模拟也带动了有源半导体器件的发展。在不久的将来，设计高速数字和微波电路，要求仿真工具包含电子系统所有有源部分和无源部分间的电磁相互作用。 一些文献介绍了耦合行波和器件仿真的几种方法。其中最严格的方法是在同一个网格中，作为强耦合高度非线性系统微分方程来求解麦克斯韦方程组和器件方程。然而，即便使用下一代计算机、中央处理器(CPU) 来描述一个完整的微波电路，时间和内存需求都远远不够。 众所周知，扩展有限差分方法(FDTD)是一个可行的和有吸引力的方法。该算法可追溯到1966 年 Yee 的研究[7]。1992 年，Suiet al 提出了一种包含集总电路元件的二文 FDTD 的扩展方法。接下来几年，该方法被推广到三文，研制出耦合集总元件类似 SPICE 仿真器，使得大多数应用程序开始在合理计算开销内进行全局建模。 经过前人地不断研究进步和实际改进，FDTD在长时间的发展后正在逐渐成熟。 场路分析FDTD的模拟分析+文献综述:http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_25910.html