光子晶體物理特性在微帶天線中的應用研究.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80年代末提出概念以來受到了廣泛關注，并且在微波頻段得到了迅速發(fā)展。其中對光子晶體微帶天線的研究是近年來興起的一個新的研究領域，目前已成為世界各國科研工作者的研究熱點。
　　 本文分別研究了光子晶體與微帶天線的相關理論和研究方法，在深入研究光子晶體結構所具有的獨特性質基礎上，通過理論分析與仿

2、真相結合，分別設計了基底鉆孔型交叉排列異質結構光子晶體微帶天線和嵌入式光子晶體環(huán)形邊框微帶天線，仿真結果表明光子晶體結構的應用，明顯改善了天線的回波損耗、方向性和增益等性能。
　　 主要研究工作和取得的成果如下：
　　 (1)設計了基底鉆孔型交叉異質結構的光子晶體微帶天線。采用時域有限差分法(FDTD方法)并結合PML吸收邊界條件對該天線進行研究，發(fā)現(xiàn)由于光子晶體的禁帶效應，可以抑制微帶天線基底中傳播的表面波，大幅度的反

3、射天線基底中的電磁能量，使得該光子晶體天線比原普通微帶天線的回波損耗減小了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。分析了高阻抗表面型PBG和介質型PBG對該新型微帶天線的內在影響機理，發(fā)現(xiàn)由于高阻表面型PBG的局域高阻特性和介質型PBG導致異質界面處發(fā)生畸變，使得表面電流流動受到阻止，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，減小天線背向輻射，增大正向輻射，提高天線增益，從而改善了天線輻射效率。
　　 (3)將基底鉆孔的介質型光子晶體結構應用在具有閉合條狀邊框接地板的微帶天線中，發(fā)現(xiàn)基底鉆孔型光子晶體微帶天線(基底底面含矩形接地框)比普通的微帶天線和基底鉆孔型(基底無矩形接地框)光子晶體微帶天線具有更小的反射系數(shù)，能大幅度地反射天線基底中的能量，使其擁有較高增益。該研究為微帶天線與光子晶體的結合提出了一種新的思路和