マイクロストリップ素子のスペクトル領域グリーン関数の導出

地導体板付き単層誘電体基板の表面に面電流源がある場合

 マイクロストリップ素子として,厚みdの単層誘電体基板(比誘電率ϵr)の片面に地導体板を付け(z=d), 誘電体と空気の境界面(z=0)に電流源がある場合を考える.このとき,dz0の誘電体を領域(1)として,スペクトル領域の電界および磁界は, (1)E~1(z)=E~1+ejkz1z+E~1ejkz1z(2)H~1(z)=Y1(E~1+ejkz1zE~1ejkz1z)
地導体板付き単層誘電体基板の表面に面電流源がある場合
また,z0 の自由空間を領域(2)として,電界および磁界は, (3)E~2(z)=E~2+ejkz2z(4)H~2(z)=Y2E~2+ejkz2z 地導体板が完全導体のとき,z=d の電界の接線成分はゼロゆえ, (5)E~1(d)=E~1+ejkz1d+E~1ejkz1d=0 よって, (6)E~1+=E~1ej2kz1d これより, E~1(z)=E~1ej2kz1dejkz1z+E~1ejkz1z=E~1ejkz1z(ejkz1(z+d)+ejkz1(z+d))=E~1ejkz1z(j2)sinkz1(z+d)(7)C1sinkz1(z+d) また, H~1(z)=Y1(E~1ej2kz1dejkzzE~1ejkz1z)=Y1E~1ejkz1z(ejkz1(z+d)ejkz1(z+d))=Y1E~1ejkz1z(2)coskz1(z+d)(8)=jY1C1coskz1(z+d) 誘電体と空気の境界(z=0)において,z0 自由空間を見た入力アドミタンスYin(+)は, (9)Yin(+)=H~2(0)E~2(0)=Y2E~2E~2=Y2  一方,誘電体と空気の境界(z=0)において,z0 の誘電体を見た入力アドミタンスYin()は,z=d での電磁界の連続条件を考慮すると, Yin()=H~1(0)E~1(0)=E~1(d)jY1sinkz1d+H~1(d)coskz1dE~1(d)coskz1dH~1(d)jZ1sinkz1d=coskz1djZ1sinkz1d(10)=jY1cotkz1d

スペクトル領域の電界型ダイアディック・グリーン関数

 z=0 におけるスペクトル領域の電流をJ~とすると,z=0 の電磁界の連続条件より, (11)E~2(0)E~1(0)=0(12)H~2(0)H~1(0)=J~ これより, (13)Yin(+)E~2(0)+Yin()E~2(0)=J~ よって, (14)E~2(0)=E~1(0)=J~Yin(+)+Yin()Z~(0)J~ ただし, Z~(0)=1Yin(+)+Yin()(15)=1Y2jY1cotkz1d これより, ZTE(0)=1Y2TEjY1TEcotkz1d(16)=1kz2ωμ2jkz1ωμ1cotkz1d ここで,μ2=μ1=μ0 より, Z~TE(0)=ωμ0sinkz1dkz2sinkz1djkz1coskz1d=jωμ0sinkz1dkz1coskz1d+jkz2sinkz1d(17)=jωμ0sinkz1dTe ただし, (18)Tekz1coskz1d+jkz2sinkz1d また, Z~TM(0)=1Y2TMjY1TMcotkz1d(19)=1ωϵ2kz2jωϵ1kz1cotkz1d ここで,ϵ2=ϵ0ϵ1=ϵrϵ0 より, Z~TM(0)=kz1kz2ωϵ0sinkz1dkz1sinkz1djkz2ϵrcoskz1d=kz1kz2ωϵ0jsinkz1dkz2ϵrcoskz1d+jkz1sinkz1d(20)=jkz1kz2sinkz1dωϵ0Tm ただし, (21)Tmkz2ϵrcoskz1d+jkz1sinkz1d よって,ダイアディック・グリーン関数の成分G~xxEJは, G~xxEJ=1kt2(ky2Z~TE(0)+kx2Z~TM(0))=1kt2(ky2jωμ0sinkz1dTekx2jkz1kz2sinkz1dωϵ0Tm)=jωϵ0sinkz1dkt2(ky2k02Te+kx2kz1kz2Tm)=jωϵ0sinkz1dkt2ky2k02Tm+kx2kz1kz2TeTeTm(22)=jωϵ0 sinkz1dkt2 kz2(kx2kz12+kyk02ϵr)coskz1d+kz1(kx2kz22+ky2k02)jsinkz1dTeTm ここで, kx2kz12+ky2k02ϵr=kx2(k02ϵrkt2)+(kt2kx2)k02ϵr(23)=kt2(kx2+k02ϵr) kx2kz22+ky2k02=kx2(k02kt2)+(kt2kx2)k02(24)=kt2(kx2+k02) 1ωϵ0=1ωϵ0μ0μ0ϵ0(25)=Z0k0 これより, G~xxEJ=jZ0k0 sinkz1dkt2kz2kt2(ϵrk02kx2)coskz1d+kz1kt2(k02kx2)jsinkz1dTeTm(26)=jZ0k0 kz2(ϵrk02kx2)coskz1d+jkz1(k02kx2)sinkz1dTeTmsinkz1d また, G~xyEJ=G~yxEJ=kxkykt2(Z~TM(0)Z~TE(0))=kxkykt2(jkz1kz2sinkz1dωϵ0Tm+jωμ0sinkz1dTe)=jωϵ0kxkysinkz1dkt2(kz1kz2Tmk02Te)=jωϵ0kxkysinkz1dkt2kz1kz2Tek02TmTeTm=jωϵ0kxkysinkz1dkt2kz2(kz12k02ϵr)coskz1d+kz1(kz22k02)jsinkz1dTeTm=jωϵ0kxkysinkz1dkt2kz2(kt2)coskz1d+jkz1(kt2)sinkz1dTeTm(27)=jZ0k0kxky(kz2coskz1d+jkz1sinkz1d)TeTmsinkz1d G~xxEJの計算と同様にして, G~yyEJ=1kt2(kx2Z~TE(0)+ky2Z~TM(0))=1kt2(kx2jωμ0sinkz1dTeky2jkz1kz2sinkz1dωϵ0Tm)=jωϵ0sinkz1dkt2(kx2k02Te+ky2kz1kz2Tm)(28)=jZ0k0 kz2(ϵrk02ky2)coskz1d+jkz1(k02ky2)sinkz1dTeTmsinkz1d

スペクトル領域の磁界型ダイアディック・グリーン関数

 一方,z=d の地導体面上では, (29)E~1(d)=0 また, H~1(d)=E~1(0)jY1sinkz1d+H~1(0)coskz1d=E~1(0)jY1sinkz1dYin()E~1(0)coskz1d=J~Yin(+)+Yin()(jY1sinkz1dYin(+)coskz1d)=J~Y2jY1cotkz1d(jY1sinkz1d+jY1cotkz1dcoskz1d)=jY1J~Y2sinkz1djY1coskz1d(30)=Y1J~Y1coskz1d+jY2sinkz1dP~(d)J~ ここで, (31)P~(d)=Y1Y1coskz1d+jY2sinkz1d これより(μ2=μ1=μ0), P~TE(d)=Y1TEY1TEcoskz,1d+jY2TEsinkz,1d=kz1ωμ1kz1ωμ1coskz1d+jkz2ωμ2sinkz1d=kz1kz1coskz1d+jkz2sinkz1d(32)=kz1Te また(ϵ2=ϵ0ϵ1=ϵrϵ0), P~TM(d)=Y1TMY1TMcoskz1d+jY2TMsinkz1d=ωϵ1kz1ωϵ1kz1coskz1d+jωϵ2kz2sinkz1d=kz2ϵrkz2ϵrcoskz1d+jkz1sinkz1d(33)=kz2ϵrTm よって,磁界型ダイアディック・グリーン関数の各成分は, G~xxHJ=G~yyHJ=kxkykt2(P~TE(d)P~TM(d))=kxkykt2(kz1Tekz2ϵrTm)=kxkykt2kz1Tmϵrkz2TeTeTm=kxkykt2 kz1(kz2ϵrcoskz1d+jkz1sinkz1d)ϵrk2(k1cosk1d+jk2sink1d)TeTm=kxkykt2 (jkz12jϵrkz22)sinkz1dTeTm=jkxkykt2 {(k02ϵrkt2)ϵr(k02kt2)}sinkz1dTeTm(34)=jkxky(ϵr1)sinkz1dTeTm また, G~xyHJ=1kt2(kx2P~TE(d)+ky2P~TM(d))=1kt2(kx2kz1Te+ϵrky2kz2Tm)=1kt2{(kt2ky2)kz1Te+ϵrky2kz2Tm}=kz1Teky2kt2(kz1Teϵrkz2Tm)(35)=kz1Tejky2(ϵr1)sinkz1dTeTm 同様にして, G~yxHJ=1kt2(ky2P~TE(d)+kx2P~TM(d))=1kt2(ky2kz1Te+ϵrkx2kz2Tm)=1kt2{(kt2kx2)kz1Te+ϵrkx2kz2Tm}=kz1Te+kx2kt2(kz1Teϵrkz2Tm)(36)=kz1Te+jkx2(ϵr1)sinkz1dTeTm