基于SIW的左手材料的研究与设计

论文摘要

左手材料（Left-handed materials, LHMs）是介电常数和磁导率同时为负值的一种人工合成材料,它具有很多奇异的特性,如负折射效应,逆多普勒效应,后向波特性等,这使得左手材料成为现在研究的热点。基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）作为一种传输线结构,由介质基片和金属通孔阵列组成,综合了传统矩形波导和微带线的一系列优点,具有加工方便、加工精度较高、体积小、重量轻、成本低、辐射损耗小、抗干扰性能好以及集成度较高等特点。左手材料分为谐振结构和传输线结构两种类型,本文从这两种类型出发,验证和设计了四种基于SIW的左手结构,从中都得到了左手特性。第一,分析SIW结构与特性,将SIW与传统矩形金属波导进行等效,寻找出了SIW与传统矩形金属波导的等效关系,并介绍了SIW在微波毫米波中的应用。而后介绍了左手材料的特性,并分析讨论了左手材料的判别及其参数提取,总结了从散射参数中提取介电常数和磁导率的方法,为设计基于SIW的左手材料提供了判定方法。第二,设计基于SIW的谐振型左手结构。分析和验证开缝SIW能够产生负磁导率,将能产生负介电常数的CSRR单元与能产生负磁导率的开缝SIW组合,实现了SIW-CSRR谐振型左手结构,并验证了方形SIW-CSRR左手结构比环形SIW-CSRR左手结构的左手频段要宽。讨论了哑铃型DGS的结构特性,SIW-DGS带通结构能产生负磁导率,将其与CSRR单元结合便能产生SIW-DGS左手结构,并且通过改进哑铃型DGS提高了介电常数和磁导率的幅度。第三,设计基于SIW的左右手复合传输线型左手结构。研究了蘑菇结构的特性,将SIW与蘑菇结构结合,形成SIW-MUSHROOM左手结构,在频段8.98GHz-9.06GHz上观察到左手特性,并研究了SIW-MUSHROOM结构的各个参数对其左手特性的影响。第四,设计基于SIW的单面左手结构：SIW-巾型左手结构。在6.27GHz-6.34GHz和6.84GHz-6.89GHz频段内观察到左手特性,并且该结构的所有部分都在同一个面内,方便调节,并研究了SIW-巾型结构的各个参数对其左手特性的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 左手材料和SIW的国内外研究现状
• 1.2.1 左手材料的研究现状
• 1.2.2 基片集成波导（SIW）的研究现状
• 1.3 课题研究目标、意义和内容
• 2 SIW的特征及其应用
• 2.1 SIW的结构及特征
• 2.2 SIW在微波毫米波中的应用
• 3 左手材料及其特性
• 3.1 左手材料的特性
• 3.2 左手材料的判别及其参数提取
• 3.2.1 各向同性介质中的参数提取
• 3.2.2 各向异性介质中的参数提取
• 4 基于SIW的谐振型左手材料
• 4.1 SIW开缝产生负磁导率
• 4.2 CSRR结构及其特征
• 4.2.1 环形CSRR结构及其参数设计
• 4.2.2 方形CSRR结构及其参数设计
• 4.3 SIW-CSRR左手结构
• 4.3.1 环形SIW-CSRR左手结构
• 4.3.2 方形SIW-CSRR左手结构
• 4.4 SIW-DGS左手结构
• 4.4.1 哑铃型DGS及其特性
• 4.4.2 SIW-DGS左手结构及其改进
• 5 基于SIW的左右手复合传输线型左手材料
• 5.1 左右手复合传输线理论
• 5.2 SIW-MUSHROOM左手结构
• 5.2.1 蘑菇结构及其特性
• 5.2.2 SIW-MUSHROOM左手结构及其参数分析
• 5.3 基于SIW的单面左手结构
• 5.3.1 巾型结构及其特性
• 5.3.2 SIW-巾型左手结构及其参数分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢