场路结合的无源互调的分析介绍

PIM 的非线性J－V 关系可以看作非线性电阻。根据时域有限差分算法的原理可知，时域有限差分算法是对电磁场的仿真（即采用场的理论），而集总元件的概念来源于电路，因此为了将关联路概念的集总元件耦合到关联场概念的时域有限差分算法中，本章采用了Yee 网格中集总元件建模方法，如图3－19 所示。

图3-19　Yee 网格中集总元件建模方法

假设微波部件中的电磁波传播方向为z 向，Yee 网格沿y 方向部分空间位于微波部件金属壁内部，其余部分位于部件腔体内部。为分析因非理想金属接触而导致的PIM 效应，在此引入等效电路（即将图3－19 中Yee 网格棱边上的集总元件替换为等效电路），利用非线性电阻来模拟接触位置因电子隧穿引起的非线性电磁效应。分析可知，该电磁建模方法能够反映接触位置的电磁特性。为确保后续仿真算法的有效性，首先研究了典型非线性元件——二极管的电磁建模方法，然后在确保非线性时域有限差分算法能够准确仿真该非线性元件的基础上，通过引入第2 章的结果（非线性J－V 关系），进一步研究一般集总网络的非线性时域有限差分算法的电磁建模和仿真求解算法，最终通过多种途径验证了算法的有效性。(www.xing528.com)

理论上，将非线性集总元件引入时域有限差分算法，能够对空间复杂大功率微波部件的PIM 效应进行整体的全波仿真。然而，在实际问题中，由于PIM产物的电平往往低于线性产物几十甚至上百dB，因此其3 阶PIM 电平往往与背景噪声相近，更高阶的PIM 分量的电平值更低。然而，作为数值算法的时域有限差分算法不可避免地存在数值误差，所以若不对非线性时域有限差分算法进行处理，那么由接触处引起的PIM 产物将被FDTD 的误差噪声淹没。因此，该问题能得以有效解决是决定利用非线性时域有限差分算法对空间复杂大功率微波部件PIM 效应进行数值分析成功的关键。

根据PIM 发生的位置和特点可知，PIM 效应在整个微波部件中并不占主导地位，因为其发生的位置仅在非理想金属－金属接触处，而这些位置在整个微波部件只占极小部分，这也使得PIM 电平非常低。基于该物理机理，可假定整个微波部件的响应仍以线性为主，将PIM 效应看作一种微扰现象，然后将计算电磁学中微扰法的思想用于PIM 效应的非线性时域有限差分算法分析，这将在很大程度上解决这一问题。