微波復合介質(zhì)材料特性及其應用研究.pdf

1、微波復合介質(zhì)材料是指應用介質(zhì)材料和金屬材料或不同介質(zhì)材料人工合成的電磁材料，其中最具代表性的是電磁帶隙材料和雙負材料，也是當前物理學與電磁學研究領域中的前沿與熱點問題。但是，電磁帶隙材料和雙負材料的理論和應用剛剛起步，在數(shù)值分析和實際應用等方面尚待深入。本文介紹了微波復合介質(zhì)材料的相關理論，利用數(shù)值仿真和實驗研究方法對電磁帶隙材料和雙負材料的電磁結構特性分析及其在天線和微波傳輸結構的應用進行深入研究。本文工作的主要貢獻體現(xiàn)在：

2、(1)針對微波復合介質(zhì)材料中電磁帶隙(EBG)和雙負混合傳輸線材料大多是由多單元諧振結構組成的特殊性，應用傳輸矩陣法快速分析這兩種材料的電磁特性，為實現(xiàn)這兩種材料的精確設計和實際應用提供了數(shù)值參考。將FDTD算法與傳統(tǒng)的最小二乘擬和法相結合，有效地提高了仿真微波EBG諧振結構的效率。將FDTD法與基于MPI的并行算法相結合，可以進一步提高仿真效率，從而有效地解決了傳統(tǒng)FDTD算法在分析多單元諧振結構時耗時過長的問題。 (2)提出

3、了EBG高阻表面結構設計流程，并根據(jù)這一設計流程，成功地將EBG高阻表面結構應用于圓波導口徑天線、矩形寬邊波導縫隙陣天線和矩形波導窄邊縫隙陣天線中，通過數(shù)值仿真和部分實驗研究，已取得令人滿意的結果。仿真和實驗結果表明，通過合理設計EBG高阻表面結構能使所應用的天線及其陣列的前向輻射得到較大的改善，并可以有效的抑制后瓣輻射。另外，對加載EBG高阻表面結構的矩形波導窄邊縫隙陣相控陣天線進行了初步研究，結果表明EBG結構能在一定的掃描范圍內(nèi)提

4、高天線的前向增益。 (3)根據(jù)介電常數(shù)和磁導率的取值不同，復合介質(zhì)材料共分為四類，并從分類的四個方向來構造在一定頻段內(nèi)介電常數(shù)和磁導率趨近于零的復合介質(zhì)材料，利用其近零折射率的特性，來改善天線及其陣列的輻射特性。數(shù)值仿真和實測結果表明，四種不同構造的復合介質(zhì)材料覆層結構均能有效提高天線的前向增益，降低陣列天線的副瓣電平，改善天線的輻射性能，這為高增益、定向天線的研制提供了新的思路，具有十分重要的意義。 (4)利用電磁波在

5、雙負傳輸線上可以產(chǎn)生正相移的特性，實現(xiàn)了由雙負特性傳輸線和傳統(tǒng)雙正特性傳輸線組成的混合傳輸線，利用微帶技術可使混合傳輸線在固定長度上實現(xiàn)任意相移量。并進一步提出利用微波變?nèi)荻O管來替代雙負特性傳輸線中的串聯(lián)電容，實現(xiàn)電調(diào)移相器，并利用共面波導技術對其進行物理實現(xiàn)。提出應用加載串聯(lián)電容實現(xiàn)負等效磁導率，利用腐蝕地面結構實現(xiàn)負的等效介電常數(shù)的新型混合傳輸線結構，通過雙正結構的低通特性和雙負結構的高通特性構建超寬帶濾波器，并對多個樣品進行了實

6、際測量，測量結果表明其工作頻帶寬、帶內(nèi)插損小、設計方便，為實用超寬帶濾波器設計提供了另一種設計思路。 (5)應用微波分布器件和集總器件分別實現(xiàn)了基于雙負混合傳輸線結構的耦合線定向耦合器，并提出利用變?nèi)荻O管來實現(xiàn)可調(diào)雙負結構耦合線定向耦合，仿真和實驗結果表明，基于雙負混合傳輸線的耦合線定向耦合器具有傳統(tǒng)耦合線耦合器所無法比擬的優(yōu)點，能在較寬工作頻帶范圍中實現(xiàn)緊耦合，通過合理設計可以實現(xiàn)準“OdB”耦合線耦合器。另外，將開口諧振環(huán)(SRR