周期性多層膜電磁波透射特性的FDTD法模擬研究.pdf

1、周期性多層膜是一種折射率在一維空間方向上呈周期性變化的分層介質(zhì)，這種材料的一個(gè)重要特征是具有電磁帶隙，因而又被稱為電磁帶隙材料。利用電磁帶隙材料，可以抑制電路的路間耦合，提高諧振器的Q值，制作低通濾波器、功分器等微波器件，還可以用來(lái)抑制天線旁瓣，提高天線增益和帶寬，其應(yīng)用前景十分廣闊。 以往在研究周期性多層膜電磁波透射特性時(shí)多采用傳輸矩陣法(Transfer Matrix Method，簡(jiǎn)稱TMM)，該方法雖然在計(jì)算透射系數(shù)時(shí)十

2、分方便，但是用它求解電磁場(chǎng)的分布較為麻煩，效率不是很高，對(duì)于電磁帶隙材料物理特性的理解沒(méi)有太大的幫助。因此，本文嘗試采用適用范圍更廣的時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain，簡(jiǎn)稱FDTD)來(lái)計(jì)算周期性多層膜的電磁波透射系數(shù)，通過(guò)對(duì)三種類型的周期性多層膜電磁波透射特性進(jìn)行電磁仿真模擬，并將得到的仿真結(jié)果與理論預(yù)期結(jié)果、傳輸矩陣法計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果比較。最后，分析了采用FDTD法對(duì)周期性多層膜進(jìn)行電磁

3、波透射特性模擬的有效性。 本論文具體內(nèi)容安排如下： 1.首先概述了周期性多層膜和相關(guān)電磁數(shù)值計(jì)算方法的研究背景、現(xiàn)狀與進(jìn)展，提出了論文研究的主要內(nèi)容和方法。 2.以一維光子晶體理論為基礎(chǔ)，分析了周期性多層膜電磁帶隙產(chǎn)生的機(jī)理，包括：周期性多層膜結(jié)構(gòu)模型、周期介質(zhì)中的麥克斯韋方程、布洛赫波和布里淵區(qū)以及光子帶隙的產(chǎn)生機(jī)理，并簡(jiǎn)要介紹了電磁帶隙的數(shù)值計(jì)算方法。 3.簡(jiǎn)述了電磁波時(shí)域有限差分法(FDTD)的基本