新型介质导波结构传输和辐射特性的电磁场工程化方法研究

论文摘要

根据电磁工程发展的实际需要,本论文提出多种新型的导波和漏波天线结构,并采用以场和路相结合为基本特征的电磁场工程化方法对它们的传输和辐射特性进行了深入系统的研究。这些方法主要包括广义散射矩阵技术、通用模匹配法、复功率守恒法、横向谐振技术、改进微扰法、有源传输线等效电路法等。研究表明:该类分析方法具有准确、有效、灵活方便的特点,从而能取得事半功倍的效果;所提出的新型微波毫米波结构,包括周期矩形栅漏波天线,无辐射介质(NRD)波导和槽波导结构,以及等效介电常数接近零(ENZ)的矩形波导和圆波导,具有一系列独特的电磁特性,例如倒置矩形栅介质漏波天线辐射较传统的介质栅天线明显增大,左手介质(LHM)衬底的金属栅天线可同时支持前后向两个辐射波束,ENZ介质窄波导可实现能量“超耦合”,展示了它们在微波、毫米波工程中诱人的应用前景,可以用来设计和研制高效率小尺寸的漏波天线、双波束辐射扫描天线以及新型强场仪和新型媒质介电常数测量系统等。最后论文对左手介质波导中普遍存在的复数模问题进行重点讨论,指出复数模是该类型波导完备本征模的组成部分,在进行相关数值计算时必须特别注意这一点以确保计算结果的准确性,这对左手介质导波结构传输特性的研究具有重要的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 新型介质导波结构
• 1.2.1 Metamaterial的基本定义
• 1.2.2 Metamaterial的发展和应用
• 1.3 漏波现象及漏波天线
• 1.3.1 漏波现象
• 1.3.2 漏波天线
• 1.4 电磁场工程化方法
• 1.5 本论文的主要工作和创新点
• 参考文献
• 第2章 电磁场工程化方法
• 2.1 引言
• 2.2 广义散射矩阵技术
• 2.3 模匹配方法
• 2.4 复功率守恒技术
• 2.5 横向谐振技术
• 2.5.1 横向等效电路
• 2.5.2 横向谐振原理
• 2.6 有源传输线等效电路法
• 2.6.1 归一化场矢量
• 2.6.2 非理想波导传输线方程
• 2.7 微扰法
• 2.8 模匹配与多模网络结合法
• 参考文献
• 第3章 新型矩形栅周期结构
• 3.1 引言
• 3.2 周期结构的一般性质
• 3.3 倒置矩形栅周期结构
• 3.3.1 理论分析—模匹配与多模网络结合法
• 3.3.2 数值结果
• 3.4 左手介质衬底的介质栅天线
• 3.4.1 理论分析—改进微扰法
• 3.4.2 数值结果
• 3.5 左手介质衬底的金属栅天线
• 3.5.1 理论分析—类谱域法
• 3.5.2 数值结果
• 参考文献
• 第4章 新型NRD波导、槽波导传输和天线结构
• 4.1 引言
• 4.2 左手介质填充的NRD波导漏波天线
• 4.2.1 理论分析—横向谐振技术
• 4.2.2 数值结果
• 4.3 双层左手介质NRD波导
• 4.3.1 理论分析—模匹配与多模网络结合法
• 4.3.2 数值结果
• 4.4 任意曲线截面槽波导
• 4.4.1 理论分析—有源传输线等效电路法
• 4.4.2 数值结果
• 4.5 改进的加载金属条槽波导天线
• 4.5.1 理论分析—横向谐振技术
• 4.5.2 数值结果
• 参考文献
• 第5章 ENZ导波结构
• 5.1 引言
• 5.2 矩形波导等效ENZ结构
• 5.2.1 理论分析—模匹配与广义散射矩阵技术结合法
• 5.2.2 数值结果
• 5.3 圆波导等效ENZ结构
• 5.3.1 理论分析—复功率守恒与广义散射矩阵技术结合法
• 5.3.2 数值结果
• 5.4 应用—测定介质介电常数
• 参考文献
• 第6章 左手介质波导的复数模问题
• 6.1 引言
• 6.2 部分左手介质填充的平板波导
• 6.3 左手介质填充波导的阶梯不连续
• 参考文献
• 结束语
• 附录:漏波天线辐射特性与传播常数的关系
• 攻读学位期间取得的科研成果
• 致谢