基于电报员方程的FDTD建模方法在多端非互易谐振器射频电路中的应用

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Telegrapher Equation-Based FDTD Modeling of Multiport Nonreciprocal Resonator-Based RF Circuits

　　

摘要：

本文提出了一种基于时空调制（STM）谐振器的新型有限差分时域（FDTD）框架，用于分析和设计多端口非互易（NR）电路。传统的频域方法（如谐波平衡（HB）仿真）在模拟时变元件时存在显著挑战，因为谐波会被截断。相比之下，所提出的时域（TD）方法天然支持任意波形和自适应组件，能够准确高效地分析时频调制和可调射频系统。具体而言，该FDTD分析框架引入了一种针对互连传输线（TL）节点和集总元件谐振器的通用更新方案，采用改进的电报方程和自定义边界条件（BC），从而可以支持复杂的电路拓扑结构，包括NR带通滤波器（NR-BPF）、NR滤波功率分配器（NR-FPD）和NR滤波耦合器，并提取它们的关键性能指标，如TD波形、S参数和星座图。实时仿真证明了该方法能够高精度地模拟方向依赖性行为、频率转换和宽带信号传播。该方法通过在UHF频段制造和测试三个实验原型进行了全面比较和验证，这些原型包括：1）一个可调的三阶串联NR-BPF；2）一个可调的四阶单带NR-BPF；以及3）一个三阶NR-FPD。