FDTD analýza zářičů/odražečů zatížených nelineárním prvkem

Abstract

Tato práce představuje základy metody konečných diferencí v časové oblasti, v angl. FDTD, vč. její implementace v prostředí MATLAB a její aplikaci pro analýzu impedančních a směrových vlastností zářičů a odražečů dipolového a flíčkového typu zatížených nelineárním prvkem v mikrovlnné části spektra. Při buzení harmonickým signálem jsou analyzovány napětí, proud a střední hodnota výkonu nejprve několika modelů Schottkyho diody různého stupně složitosti obsahující pouze nelinearitu rezistivní části přechodu kov-polodič, dále pak i kapacitu přechodu a sériovou resistivitu polovodiče a v nejúplnější variantě i parazitní prvky pouzdra diody. Odpovídajícím způsobem jsou modifikovány rovnice pro časový vývoj polí. Po transformaci veličin z časové do frekvenční oblasti jsou určeny konverzní ztráty jednotlivých modelů a harmonická efektivní odrazná plochu v závislosti na velikosti výkonu dopadajího na diodu. Konverzní ztráty různých typů diod jsou porovnány s hodnotami získanými alternativními metodami.

This paper presents the basics of the finite-difference time-domain method FDTD including its implementation in MATLAB and its application to the analysis of impedance and directional properties of dipole and patch-type radiators and reflectors loaded with a nonlinear element in the microwave spectrum. When excited by a harmonic signal, the voltage, current and mean power are analyzed first for several Schottky diode models of varying complexity containing only the nonlinearity of the resistive part of the metal-semiconductor junction, then the junction capacitance and the series resistivity of the semiconductor, and in the most complete version also the parasitic elements of the diode case. The equations for the time evolution of the fields are modified accordingly. After transformation of the quantities from the time to the frequency domain, the conversion losses of each model and the harmonic radar cross section versus the magnitude of the power incident on the diode are determined. The conversion losses of different diode types are compared with the values obtained by alternative methods.