FDTD법을 이용한 계단임피던스 기반의 마이크로스트립 불연속 특성 분석
Analysis of a Step-Impedance Based Microstrip Discontinuity Using FDTD Method
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초록
마이크로파 집적회로 구성에 많이 응용되는 마이크로스트립 전송선로는 전송선 이론과 다포트 네트워크 이론을 기반으로 좀 더 복잡한 구조에 적용하게 되면서, 선로의 불연속성에 대한 분석은 매우 중요하게 되었다. 본 논문에서는 다양한 전자기적 현상에 대한 전자파 모델링, 시뮬레이션, 그리고 복잡한 시스템의 전자계 응답을 분석하는 FDTD 기술을 다룬다. 이 기술은 저역통과 회로의 변경과 더 좋은 설계를 위한 회로응답의 분별력을 제공한다. 그리고 또한 다단구조의 불연속성을 가지는 마이크로스트립 회로 설계에서 FDTD의 해석방법을 적용하기 위한 시뮬레이션 조건을 제안한다. 그 시뮬레이션 조건들은 마이크로스트립 구조체의 정의, 소스인가 파형, CPML 경계조건과 전자파 성분들의 계산 절차에 대한 것이다. 따라서 계단 임피던스 구조의 마이크로스트립 선로로 구성된 저역통과 회로를 FDTD 해석방법에 의해 해석하고 실제 제작하여 측정한 값과 비교하였다. 수치적 결과와 측정치의 비교결과, 논문에서 제안한 FDTD 시뮬레이션 조건을 적용하면 불연속 특성을 갖는 다단구조의 마이크로스트립 전송선 응용 회로들을 설계하고 구현하는데 용이하게 사용될 수 있다.
Abstract
An analysis of discontinuity of microstrip transmission line, which is used to the microwave integrated circuit implementation, is very important work to be applied the complicated circuit design based on the multiport network and transmission line theory. In this paper, we treat the FDTD technique that encompasses the electromagnetic modeling, simulation, and analysis of the electromagnetic responses of the complex systems to various electromagnetic stimuli. It provides a understanding of the circuit response that allows for the better design or modification of the low pass circuit. And also, the simulation conditions to apply the FDTD method are proposed for the microstrip circuit design with multistep discontinuities. The conditions are to definition of the microstrip structure, source feeding waveform, CPML boundary condition and the numerical procedure of electromagnetic wave components. Therefore, the low pass circuits having the step-impedance structure composed of microstrip transmission line are analyzed by the FDTD method and the numerical results are compared with the measurement results in order to determine the accuracy. From the coherent results between the numerics and the measurements, the proposed simulation conditions of FDTD can be usefully used to design and realization of microstrip application circuits with the multistep structure.
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