光子带隙及其在微波电路中的应用研究

摘要

1987年,Yablonovitch提出介电常数呈周期性分布的材料可以改变在其中传播的光子的行为,并称这种材料为光子晶体.光子晶体中的光子与一般晶体(电子晶体)中的电子相似,都有能带结构,都会因为有杂质和缺陷态的存在而存在局域态.由于光子晶体能够控制光在其中的传播,所以它的应用十分广泛,目前光子晶体已成为世界研究领域的重要课题之一.光子带隙结构(Photonic Bandgap,简称PBG)在微波、毫米波电路中的应用是一个新的研究方向.在通常微波电路的基础上,采用光子带隙结构,利用其频率选择特性,可构造出新概念下的无源器件:滤波器或定向耦合器,也可用于改善已有器件的特性(如放大器)或用于天线中.本文主要包括以下内容:首先,对光子晶体及其研究历史、现状作了简介,并讨论了光子晶体的制备和理论研究方法.其次,介绍了数值计算方法时域有限差分法.第三,设计了一种新型的单平面紧凑结构光子带隙(UC-PBG)基底贴片天线和一种新型的一维PBG微带滤波器.前者通过在接地介质基片的上表面蚀刻金属模图形实现.计算表明,这种UC-PBG对表面波传播存在一个完全的带隙,其频率范围为10.9-13.0GHz.对表面波的抑制使得工作于11.5GHz的贴片天线的带宽和增益都得到了提高,E面的旁瓣电平有了显著降低.后者具有显著的慢波特性,具有很好的S<,11>参数和较低的损耗,带外衰减很快(约16dB/GHz),带阻深度接近-60dB.该结构可有效减少滤波器的长度,可用于滤波器小型化的设计以及其他的微波电路中.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章引言

1.1光子晶体简介

1.2光子晶体的结构

1.3光子晶体制备技术

1.4光子晶体的理论研究方法

1.5光子晶体的应用

1.6国内外研究现状

1.7本论文的工作

第二章时域有限差分法理论

2.1引言

2.2 Yee氏算法

2.3 FDTD数值稳定性分析

2.4 FDTD数值色散

2.5吸收边界条件

2.6小结

第三章PBG结构在微波波段的应用研究

3.1 PBG结构的实现

3.2 PBG结构在微波领域的应用

3.3新型单平面紧凑结构光子带隙贴片天线

3.4新型慢波光子带隙低通滤波器

第四章结论

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的论文

致谢

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