光子晶體物理特性在微帶天線(xiàn)中的應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體(Photonic Crystals or Photonic Band-gap，PBG)是一種具有頻率帶隙的周期介電材料，自20世紀(jì)80年代末提出概念以來(lái)受到了廣泛關(guān)注，并且在微波頻段得到了迅速發(fā)展。其中對(duì)光子晶體微帶天線(xiàn)的研究是近年來(lái)興起的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，目前已成為世界各國(guó)科研工作者的研究熱點(diǎn)。
　　 本文分別研究了光子晶體與微帶天線(xiàn)的相關(guān)理論和研究方法，在深入研究光子晶體結(jié)構(gòu)所具有的獨(dú)特性質(zhì)基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析與仿

2、真相結(jié)合，分別設(shè)計(jì)了基底鉆孔型交叉排列異質(zhì)結(jié)構(gòu)光子晶體微帶天線(xiàn)和嵌入式光子晶體環(huán)形邊框微帶天線(xiàn)，仿真結(jié)果表明光子晶體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，明顯改善了天線(xiàn)的回波損耗、方向性和增益等性能。
　　 主要研究工作和取得的成果如下：
　　 (1)設(shè)計(jì)了基底鉆孔型交叉異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光子晶體微帶天線(xiàn)。采用時(shí)域有限差分法(FDTD方法)并結(jié)合PML吸收邊界條件對(duì)該天線(xiàn)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)由于光子晶體的禁帶效應(yīng)，可以抑制微帶天線(xiàn)基底中傳播的表面波，大幅度的反

3、射天線(xiàn)基底中的電磁能量，使得該光子晶體天線(xiàn)比原普通微帶天線(xiàn)的回波損耗減小了10dB，帶寬增加約30M，增益提高11dB，較好地改善了天線(xiàn)的性能。
　　 (2)研究了一種新穎的鉆孔型嵌入式光子晶體環(huán)形邊框微帶天線(xiàn)。分析了高阻抗表面型PBG和介質(zhì)型PBG對(duì)該新型微帶天線(xiàn)的內(nèi)在影響機(jī)理，發(fā)現(xiàn)由于高阻表面型PBG的局域高阻特性和介質(zhì)型PBG導(dǎo)致異質(zhì)界面處發(fā)生畸變，使得表面電流流動(dòng)受到阻止，電磁波局域模高度局域化，從而形成表面波帶隙，電磁

4、波能量在某一頻率附近出現(xiàn)較高的增益，減小天線(xiàn)背向輻射，增大正向輻射，提高天線(xiàn)增益，從而改善了天線(xiàn)輻射效率。
　　 (3)將基底鉆孔的介質(zhì)型光子晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)用在具有閉合條狀邊框接地板的微帶天線(xiàn)中，發(fā)現(xiàn)基底鉆孔型光子晶體微帶天線(xiàn)(基底底面含矩形接地框)比普通的微帶天線(xiàn)和基底鉆孔型(基底無(wú)矩形接地框)光子晶體微帶天線(xiàn)具有更小的反射系數(shù)，能大幅度地反射天線(xiàn)基底中的能量，使其擁有較高增益。該研究為微帶天線(xiàn)與光子晶體的結(jié)合提出了一種新的思路和