文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
高效频域有限差分法研究及MMIC功率放大器设计与测量
姓名:李凌云
申请学位级别:博士
专业:电磁场与微波技术
指导教师:毛军发;孙晓玮
20050319
摘要益特性一餍室约跋咝远鹊冉辛讼嘤Ρ冉稀<虻シ治隽薓形拊础⒂性雌鱷:实现随着现代通信系统的发展,集成电路的广泛应用,系统变得复杂,速度越来越高,尺寸越来越小,稳定要求却更高,其中信号传输的问题变得十分突出。信号对应的波长和多导体系统的横截面尺寸相接近时,现广泛采用的准静态方法将会有局限性,引入全波分析是必要的。同时为了使电路更为紧凑和有效,特别是在射频和微波集成电路中,立体多层结构逐步被采用,各种新颖的电路结构被提出。对于这类问题,电磁场全波分析也是必不可少的。电磁场频域分析方法因为其精度高,适用范围大而得到广泛研究。另一方面随着无线通信和自动导航雷达的发展,射频微波单片集成电路Ⅶ因为其体积小、性能高、成本低已经成为其中主要的技术实现手段,各种功能的单片集成电路得到研究和开发。本文工作主要围绕高效率的频域全波电磁场数值计算方法和删功率放大器的设计和实现。针对二维时域有限差分法型窕执嬖诘奈侍猓岢隽似涤蚪饩龇椒ā在现有二维频域有限差分法的基础上,大大提高了计算效率,,在存储空间和计算时间上都得到了提高。进而本文尝试了在特征值问题中引入吸收边界条件,通过将吸收边界线性映射入特征矩阵来使得特征方程包含开放边界信息。通过求解特征矩阵的主特征值来得到低次模式的传输和衰减特性。通过计算和比较可以发现其结果和其他算法是一致的,而且计算效率大大提高。在现有的三维频域有限著分法校玫降牟罘址匠探槌煞浅>奕说木阵,其矩阵维数等于所有网格节点上未知电磁场变量的总数。虽然矩阵为对角稀疏形式,但其求逆过程的计算量仍十分巨大。本文从三维频域有限差分法出发,借鉴时域有限差分法沿时间轴步进计算的思想,提出了沿某一空间轴步进计算的三维空间步进频域有限差分法。在计算过程中,未知电磁场值只与其相邻节点有关,从而能够将计算限制氨镜亍保苊馊局求解大型矩阵方程,火人提高了计算效率。从某一给定初始面开始沿空间步进计算得到所有:社点场值,在存储空间和计算时间上都大思跎佟NA私饩鋈肷涠丝诜瓷涑》煮ぴ诩扑憧始时未知的凼难,针对频域稳态电磁场的特点,提出了从出射端口“逆向”步进的思想。从只包含向外方向传播场的端口开始,沿电磁场传播的逆方向进行步进计算,最终求出入射端口上的总场。算法的稳定性条件在文中也加以推导和治觥分析了功率放人器的基本原理剥特性。对功率放大器在备类绞紽的功率特性、增的方法和特点。设计并实现了单片功率集成电路,包括电特性设计、容差统计分析、版圈设计、版图验证婢方面。分析了功率芯片主要的封装方式和特点以及高功率’酒谄馐杂封装测试的方法。分析并验证了无通孔共面波导至微带的转换效廊,发现缩短共面波导两侧接地扳的妖度和拓宽其宽度都能增加转换的频带响应,可以成为无通孔条什山峁股杓的方法指导。设计井建立了直流脉冲测试系统,解决了功放测试中的散热问题。讨论弗分析了测试结果。关键词:二维频域有限差分法,二维空间步进频域有限差分法,功率放人器,单片射频微波集成电路,脉冲功率测试,无通孔共面波导,转换效麻上海交通大学博士学位论文
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、一一掀徽,~扯铖盖上海交通大学学位论文答辩决议书破淑徽具翰日磊攥鄱蚺≥哆多每年≥管旧一。冀≥僧畚奶饽俊桓咝涤蛴邢薏罘址ㄑ芯考吧綢β史糯笃魃杓朴氩饬鸨缛掌趌H沃拔駖职称教授虾4笱安同一教授华东师范大学朱守正教授6Ψ洞笱黎滨洪教授上海交通大学金荣洪淌趌虾=煌ù笱毛军发淌上海交通大学申请者李凌云所在学科ㄒ电磁场与微波技术答辩地点上海交通大学教二楼答辩委员会成员姓名所在工作单位备注签名主席李英无委员评语和决议:李凌云同学的论文“高效频域有限差分法研究及功率放大器设计与测量”选题具有重要理论意义和实用意义。论文在原有二维频域全波电磁场计算方法的基础上加以改进,提出二维全波频域有限差分计算方法,计算效率提高。借鉴时域有限差分法的时间步进思想,提出一种在空间步迸的三维频域有限差分法。从而能够避免传统频域有限差分法超大稀疏矩阵的求解,提高了计算效率。论文还分析了功率放大器的基本原理和特性。设计并实现了单片功率集成电路,设计并建立了直流脉冲测试系统。研究并分析了无通孔共面波导至微带的转换效应。论文内容充实、层次分明,表述清晰,图表公式详实准确,有创新性,具有较高的学术水平。论文反映出该同学有扎实的基础理论和专门知识,有较强的独