異向波導(dǎo)的研究.pdf

1、以異向介質(zhì)為代表的人工電磁材料是近年來國際電磁學(xué)與物理學(xué)界研究的熱點(diǎn)。由于異向介質(zhì)中傳播的電磁波表現(xiàn)出完全不同于普通介質(zhì)中傳播電磁波的奇特性質(zhì)，科學(xué)家預(yù)見異向介質(zhì)所具有的不同尋常的性質(zhì)可望在信息、軍事等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。一維異向介質(zhì)又被稱為異向傳輸線。由于結(jié)構(gòu)簡單可靠、容易實(shí)現(xiàn)，異向傳輸線是異向介質(zhì)最有可能被廣泛應(yīng)用的形式?，F(xiàn)階段對(duì)異向傳輸線的研究主要集中在基于平面電路（包括微帶、帶狀線和共面波導(dǎo)等）的異向傳輸線，而對(duì)基于（金屬）波導(dǎo)的

2、異向傳輸線即異向波導(dǎo)的研究卻較少。異向波導(dǎo)由于結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，特別適合于大功率、低損耗要求的場(chǎng)合。異向波導(dǎo)的研究是一個(gè)十分有潛力的領(lǐng)域，其成果將有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 本學(xué)位論文對(duì)異向波導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用和電磁建模/仿真方法三個(gè)方面進(jìn)行了研究。具體內(nèi)容包括提出了兩種異向波導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方法，兩種基于異向波導(dǎo)的應(yīng)用和兩種針對(duì)異向波導(dǎo)的電磁建模/仿真方法。
　　 第三章根據(jù)異向介質(zhì)的傳輸線模型，基于同軸波導(dǎo)提出了“同軸異向波導(dǎo)”

3、。采用電路理論對(duì)提出的同軸異向波導(dǎo)進(jìn)行了分析，得到了其單元傳播常數(shù)、布洛克阻抗、等效介電常數(shù)、等效磁導(dǎo)率和等效折射率等相關(guān)參數(shù)的表達(dá)式。通過理論分析和電磁仿真，證明這種結(jié)構(gòu)在一定條件下可表現(xiàn)出異向性質(zhì)。
　　 第四章基于諧振槽耦合腔鏈提出了“諧振槽耦合腔鏈異向波導(dǎo)”。采用場(chǎng)論的方法對(duì)提出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得到了諧振槽耦合腔鏈異向波導(dǎo)單元的色散方程。通過理論分析和電磁仿真，證明這種結(jié)構(gòu)在一定條件下可表現(xiàn)出異向性質(zhì)。由于是一種全金屬

4、封閉結(jié)構(gòu)，與以前提出的類似結(jié)構(gòu)相比，這種新型的異向波導(dǎo)具有異向通帶寬、功率容量大和損耗低等優(yōu)點(diǎn)。
　　 第五章根據(jù)異向介質(zhì)的超薄諧振腔理論，提出了“異向/右手波導(dǎo)亞波長諧振腔”。這種諧振腔基于同軸波導(dǎo)和異向波導(dǎo)，利用異向波導(dǎo)的相位補(bǔ)償性質(zhì)實(shí)現(xiàn)。這種新型諧振腔的總厚度可遠(yuǎn)小于工作在相同頻率的傳統(tǒng)同軸諧振腔，同時(shí)與以前提出的基于相同理論實(shí)現(xiàn)的異向介質(zhì)諧振腔相比，其功率容量更大且損耗更低。通過電磁仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明這種新型諧振腔是合理

5、的。
　　 第六章根據(jù)實(shí)際異向波導(dǎo)的無限波長傳播性質(zhì)，提出了“基于異向波導(dǎo)的不等間距諧振波導(dǎo)縫隙陣”。這種諧振波導(dǎo)縫隙陣將具有無限波長傳播性質(zhì)的異向波導(dǎo)作為饋電結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)同相地激勵(lì)異向波導(dǎo)壁上不等間距排列的多個(gè)天線陣元（縫隙）。由于可調(diào)整自由度的增加，這種全新諧振波導(dǎo)縫隙陣可獲得比傳統(tǒng)諧振波導(dǎo)縫隙陣更優(yōu)異的方向圖。
　　 第七章采用簡化諧振槽耦合腔鏈異向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，同時(shí)將陣元激勵(lì)幅度也考慮到陣列綜合中，設(shè)計(jì)出更接近于實(shí)際應(yīng)

6、用、性能更優(yōu)的基于異向波導(dǎo)的不等間距諧振波導(dǎo)縫隙陣。通過綜合、仿真和測(cè)試四種具有不同方向圖的實(shí)驗(yàn)樣品，證明提出的縫隙陣是合理的。
　　 第八章提出了兩種異向波導(dǎo)單元建模及其對(duì)應(yīng)異向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)仿真的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)異向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的快速電磁仿真。第一種方法通過直接存儲(chǔ)一定頻率和結(jié)構(gòu)參數(shù)下異向波導(dǎo)單元的所謂“壓縮剛度矩陣”及其他相關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)對(duì)異向波導(dǎo)單元的建模，這種建模方法與其對(duì)應(yīng)的仿真方法在這里稱為“直接建模-電磁仿真法”。第二種方法在第一