复合型光子晶体贴片天线物理特性研究

论文摘要

光子晶体是一种由介电材料或金属周期排列而成的结构,近年来受到国内外研究工作者的广泛关注。该结构的表面波在某一频率范围呈现出频率禁带,正是这种频率禁带特性使得光子晶体在微波频段得到了迅速发展。本文首先简要的介绍了光子晶体与微带天线的相关理论和研究方法,采用FDTD法并结合PML吸收边界条件对复合型光子晶体贴片天线进行了详细的研究分析,结果表明本文所设计的光子晶体天线,在性能上有一定的提高,例如:可以减小天线的回波损耗、提高天线的辐射增益、改善天线的阻抗匹配和抑制天线的高次谐波等。作者的工作主要包括以下几个方面:(1)设计了基底钻孔型复合光子晶体贴片天线。由于光子晶体的禁带效应,天线基底中传播的表面波会受到抑制,介质基底能大幅度地反射天线基底中的能量,使其拥有较低的回波损耗和较高增益。(2)根据异质结理论,设计了嵌入异质结构复合光子晶体贴片天线。对比普通贴片天线,除了能够减小回波损耗,提高增益,该结构天线的工作带宽也得到的改善。(3)对不同光子晶体周期性结构以及光子晶体单元结构天线进行仿真测试,归纳出其对天线物理特性的影响,找到了光子晶体在复合贴片天线应用中的一些规律。(4)引入左手媒质理论,将周期性开口谐振环结构以及光子晶体与开口谐振环异质结构加入到天线中,仿真后发现其对天线的回波损耗和增益有着显著的优化作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景与意义
• 1.2 光子晶体发展历史
• 1.3 本文的研究内容和方法
• 1.4 论文安排
• 第二章 光子晶体与微带贴片天线的基本理论
• 2.1 光子晶体简介
• 2.1.1 光子晶体国内外发展现状
• 2.1.2 光子晶体的结构
• 2.1.3 光子晶体基本特性
• 2.2 光子晶体的物理基础
• 2.2.1 光子晶体的周期性描述
• 2.2.2 光子晶体中的Maxwell方程组
• 2.2.3 Bloch-Floquet原理
• 2.3 左手媒质的负折射现象
• 2.4 光子晶体与左手媒质
• 2.5 微带贴片天线
• 2.5.1 微带贴片天线基本结构
• 2.5.2 微带贴片天线的辐射机制
• 2.5.3 微带贴片天线的馈电方式
• 2.5.4 微带贴片天线的分析方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 时域有限差分法与NRW传输/反射算法基础
• 3.1 时域有限差分方程
• 3.2 直角坐标下的二维FDTD
• 3.3 FDTD的数值稳定性条件
• 3.4 FDTD中源的设置
• 3.5 PML吸收边界条件
• 3.6 NRW传输/反射算法分析
• 3.7 传统NRW传输/反射算法存在的问题及解决方法
• 3.7.1 多值性问题
• 3.7.2 厚度谐振问题
• 3.7.3 改进的NRW传输/反射算法
• 3.8 本章小结
• 第四章 复合型光子晶体贴片天线研究
• 4.1 “日”型边框光子晶体天线设计
• 4.1.1 光子晶体天线的计算模型
• 4.1.2 仿真结果及分析
• 4.2 嵌入异质光子晶体复合贴片天线
• 4.2.1 不同晶格光子晶体异质结特性
• 4.2.2 嵌入异质光子晶体复合贴片天线的设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 PBG及左手媒质结构对天线物理特性的影响
• 5.1 周期性结构的改变对天线的影响
• 5.2 光子晶体结构单元形状对天线的影响
• 5.3 左手媒质对天线的影响
• 5.4 光子晶体与开口谐振环异质结构天线
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文