基于光子晶體與異向介質(zhì)的新型天線的研究.pdf

1、在開展有限時(shí)域差分法(結(jié)合各向異性完全匹配層邊界)算法研究和普通天線模擬設(shè)計(jì)研究的工作基礎(chǔ)上,該論文主要進(jìn)行了基于光子晶體(PBG)與異向介質(zhì)的新型天線的研究.研究目的是利用這些新型人工材料,在保證天線的其他特性良好的前提下,設(shè)計(jì)出高方向性并且易于加工制作的新型天線.1.采用一種快速的計(jì)算方法,并結(jié)合遺傳優(yōu)化算法,進(jìn)行了金屬光子晶體(MPBG)反射面天線的模擬與實(shí)驗(yàn).在此基礎(chǔ)上,采用類似激光腔的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了三種類型的MPBG共振天線.它

2、們分別具有高方向性系數(shù)(可達(dá)到60.0)、高輻射電阻(可達(dá)到46893Ω)的特性,或兩種特性兼有(方向性系數(shù)30.2,輻射電阻227Ω).2.設(shè)計(jì)了一種新型的光子晶體覆層.采用此覆層的光子晶體天線,方向性系數(shù)(11.2dB)已經(jīng)非常接近理論極限(12.0dB).這種光子晶體覆層的設(shè)計(jì)思想與以前文獻(xiàn)中提出的不同,它利用的是光子晶體結(jié)構(gòu)在有限尺寸下的缺陷模.而且,與以前提出的光子晶體覆層相比,它還具有易于加工制作的優(yōu)點(diǎn).這種光子晶體覆層的有

3、效性也在具有理想磁導(dǎo)體(PMC)基底與PBG覆層的貼片天線中得到了展現(xiàn).3.設(shè)計(jì)出了具有完全光子禁帶的PMC結(jié)構(gòu).這種結(jié)構(gòu)具有尺寸小(邊長(zhǎng)僅為介質(zhì)中波長(zhǎng)的23.7％)、效果明顯(將貼片天線的方向性系數(shù)提高了3.1 6dB)的優(yōu)點(diǎn).結(jié)合這種PMC結(jié)構(gòu)和第2點(diǎn)中提到的PBG覆層,首次設(shè)計(jì)出了具有PMC基底與PBG覆層的新型貼片天線,對(duì)方向性改進(jìn)效果更加顯著(將貼片天線的方向性系數(shù)提高了7.3dB).4.首次將異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)作為貼片天線的覆層加

4、以利用.對(duì)天線的能帶進(jìn)行了分析.在選定的工作頻率,異向介質(zhì)覆層將貼片天線的方向性系數(shù)提高了9.14dB.這種異向介質(zhì)覆層的作用機(jī)理與光子晶體覆層的作用機(jī)理完全不同.論文對(duì)異向介質(zhì)覆層的作用機(jī)理,以及覆層的層數(shù)、間距的選取,都進(jìn)行了詳細(xì)的分析.該論文發(fā)展了三種光子晶體共振天線、新型PBG覆層貼片天線、新型PMC基底貼片天線、具有PMC基底和PBG覆層的新型貼片天線、異向介質(zhì)覆層新型貼片天線.這也為PMC結(jié)構(gòu)的特性理論、PBG覆層的理論模型