介质型光子晶体贴片天线的研究

论文摘要

自20世纪80年代末光子晶体（光子带隙结构）概念提出以来,就受到了世界许多领域的广泛关注。光子晶体是一种由介电材料或金属周期排列而成的结构,该结构的表面波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。本文通过理论分析与仿真相结合,设计出了高增益且易加工的新型光子晶体天线。本文全面的研究了介质型光子晶体贴片天线的性能,设计了基底钻圆孔介质型光子晶体贴片天线,异质结光子晶体天线,交叉异质结光子晶体天线,以及普通贴片天线结构。本文采用FDTD方法并结合PML吸收边界条件对四种结构天线进行了仿真,结果表明:本文所设计的前三种光子晶体贴片天线与普通贴片天线相比,取得了多方面的性能改善,其主要改善方面为:1.通过对四种天线的增益的比较发现,没加光子晶体的贴片天线增益很低,加了光子晶体后天线增益增大很明显,特别是“引入”异质结结构后天线的增益提高很多,交叉异质结光子晶体天线增益甚至达到了14dB以上。2.通过分析这四种天线的回波损耗值,发现普通贴片天线的回波损耗值最大为-14.2dB,而加了光子晶体后,回波损耗值幅度有下降明显,都能达到-30dB左右。3.天线损耗降低的同时表明天线的相对带宽增大,三种新型光子晶体天线的带宽都明显增加,其中以异质结光子晶体天线的带宽增大最多,是其他两种新型光子晶体结构天线带宽的二倍。4.加了光子晶体结构后天线工作频率有所偏移,这是因为引进了光子晶体将电磁波的波导等效长度变长,频率有所下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光子晶体国内外研究现状
• 1.3 本文的研究思路与研究内容
• 1.4 本文的内容安排
• 第二章 时域有限差分法（FDTD）
• 2.1 FDTD算法介绍
• 2.2 时域有限差分法（FDTD）公式推导
• 2.3 直角坐标中二维FDTD
• 2.4 数值稳定性条件
• 2.5 PML吸收边界条件
• 2.6 波源的选择
• 2.6.1 时谐场源
• 2.6.2 脉冲波源
• 2.6.3 调制高斯脉冲
• 2.7 天线的馈电方式
• 2.7.1 同轴线馈电
• 2.7.2 微带线馈电
• 2.7.3 其他几种馈源介绍
• 2.8 本章小结
• 第三章 光子晶体天线技术
• 3.1 光子晶体
• 3.1.1 光子晶体的结构
• 3.1.2 光子晶体的应用
• 3.1.3 光子晶体的理论模型
• 3.2 微波光子晶体天线
• 3.2.1 光子晶体在微波天线上的应用
• 3.2.2 几种典型的微波光子晶体天线
• 3.2.2.1 光子晶体微带天线
• 3.2.2.2 光子晶体口径耦合微带天线
• 3.2.2.3 光子晶体卫星导航接收天线
• 3.3 本章小结
• 第四章 介质型光子晶体贴片天线的研究与设计
• 4.1 介质型光子晶体贴片天线研究
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 光子晶体计算天线模型的设计
• 4.1.3 仿真结果与数值分析
• 4.2 PBG结构对天线的影响因子
• 4.2.1 周期个数对天线的影响
• 4.2.2 晶格大小对天线的影响
• 4.2.3 晶体结构形状对天线的影响
• 4.3 本章小节
• 第五章 异质结光子晶体贴片天线的优化设计
• 5.1 异质结光子晶体的特性研究
• 5.1.1 一种由线缺陷和近邻点缺陷引起的异质结光子晶体结构
• 5.1.2 不同晶格光子晶体异质结的特性研究
• 5.2 异质结光子晶体天线的设计与研究
• 5.2.1 异质结光子晶体天线的模型设计
• 5.2.2 异质结光子晶体天线的数值分析
• 5.2.3 结论
• 5.3 交叉异质结光子晶体结构天线
• 5.3.1 交叉异质结光子晶体天线的模型设计
• 5.3.2 交叉异质结光子晶体天线的数值分析
• 5.3.3 结论
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况