周期导波结构的研究

论文摘要

本文主要研究了周期导波结构中的电磁特性、仿真技术及工程应用。首先总结了当前周期导波结构的研究现状和趋势,然后通过对仿真技术的研究分析了周期加载介质平行板波导的电磁特性。在工程应用研究方面主要对当前的一个研究热点——电磁带隙结构进行了研究。第一部分总结了当前在周期导波结构研究方面已经取得的成果和存在的问题,分别从周期导波结构的电磁特性、仿真技术及工程应用研究三个方面进行了介绍和比较。第二部分主要通过对仿真技术的研究来分析周期导波结构的电磁特性。首先给出了导波结构频域的模式场本征值问题方程,然后通过两种压缩后的Yee网格方法,对特征值问题方程进行了离散化。仿真算例采用了周期加载不同介质的平行板波导,结果表明方法具有很好的准确性。在这一部分还讨论了观察到的复数模对现象。第三部分主要对一种地板层型周期结构单元——开槽地板结构进行了研究。首先提出了一种基于微带的开槽地板带阻谐振器,具有结构紧凑、能抑制杂散响应等特点。和传统的哑铃型、H型和改进的哑铃型带阻滤波器相比,所提出的结构在尺寸上被极大地减小了。另外,变容二极管可以加载于地板上的开槽,这样谐振器可实现可调。其次,提出了一种基于开槽地板结构的双通带宽频带通滤波器。这种滤波器具有小尺寸、宽带宽、低插入损耗及通带频率设计灵活的特点。通过对两种特殊结构形式单元之间的相互嵌套,形成了一种新的双通带滤波器,它的两个通带可以分别被独立控制。最后,通过采用步进阻抗模型分析了开槽地板结构单元,填补了最近十年来开槽地板结构理论分析上的空白,理论分析结果和仿真结果之间误差只有10%左右。第四部分对高速电路中的电源/地板结构进行了研究,分析了地弹噪声形成的原因,从而提出了一种新颖的π型的光子带隙电源/地板结构,它可以抑制300MHz-6GHz超宽带范围内的地弹噪声,几乎实现了整个噪声频段的噪声抑制。另外,一种改进型的电源/地板结构被提出并进一步提高了低频端的抑制范围。第五部分对全文进行了总结,并对下一步的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 周期导波结构的研究背景
• 1.2 周期导波结构的研究动态
• 1.2.1 周期导波结构的电磁特性、仿真技术
• 1.2.2 周期导波结构的工程应用研究
• 1.3 本论文研究的意义、主要内容及主要贡献
• 第二章 周期导波系统的电磁特性及仿真技术
• 2.1 周期导波结构
• 2.1.1 周期导波系统
• 2.1.2 空间谐波
• 2.1.3 周期导波系统的色散特性，布里渊图
• 2.1.4 周期导波系统中场分布的特点
• 2.2 导波系统中的电磁场麦克斯韦方程
• 2.2.1 麦克斯韦方程的偏微分分量式
• 2.2.2 导波系统的麦克斯韦方程分量式（通用形式）
• 2.2.3 导波系统的麦克斯韦方程偏微分分量式（导行波形式）
• 2.3 压缩Yee网格方法
• 2.4 麦克斯韦方程的差分格式
• 2.5 边界条件
• 2.6 代数特征值问题
• 2.7 二维压缩Yee网格方法的数值验证
• 2.7.1 周期加载金属的平行板波导
• 2.7.2 周期加载不同介质的平行板波导
• 2.8 频域压缩节点差分方法
• 2.8.1 理论公式
• 2.8.2 数值仿真结果
• 2.8.3 小结
• 第三章 地板层型周期结构——开槽地板结构研究
• 3.1 简介
• 3.2 周期导波结构的电磁带隙特性
• 3.3 一种紧凑开槽地板结构的可调带阻谐振器
• 3.3.1 单元特性
• 3.3.2 开槽地板可调带阻谐振器
• 3.3.3 可调带阻谐振器的实验结果
• 3.3.4 可调带阻谐振器的应用——带阻滤波器
• 3.3.5 小结
• 3.4 基于开槽地板的紧凑宽频双通带滤波器
• 3.4.1 二阶带通滤波器
• 3.4.2 灵活的双频宽带带通滤波器
• 3.4.3 小结
• 3.5 步进阻抗模型对开槽地板结构的分析
• 3.5.1 对开槽地板结构谐振频率的分析
• 3.5.2 谐振器的电学长度
• 3.5.3 谐振器的杂散谐振频率
• 3.5.4 工程应用
• 第四章 信号层型周期结构研究——单面紧凑PBG电源/地板
• 4.1 简介
• 4.2 周期单元的分析设计
• 4.3 9单元的电源/地板网络
• 4.4 改进型的电源/地板
• 4.5 结论
• 第五章 结论及展望
• 5.1 本文工作的总结
• 5.2 本文下一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果