由一維左右手復(fù)合傳輸線與附屬諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成的特異材料的研究.pdf

1、左手材料是物理學(xué)和電磁學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)新興的研究熱點(diǎn),它具有許多異于通常媒質(zhì)的特殊性質(zhì)。對(duì)左手材料理論和應(yīng)用的研究引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。隨著實(shí)驗(yàn)條件的改善,人們對(duì)這方面的實(shí)驗(yàn)研究越來(lái)越多。在研究左手材料領(lǐng)域的同時(shí),經(jīng)常會(huì)伴隨著對(duì)介電常數(shù)為正而磁導(dǎo)率為負(fù)(MNG)或磁導(dǎo)率為正而介電常數(shù)為負(fù)(ENG)的單負(fù)材料的研究。左手材料可以通過(guò)多種人工介質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),其中左右手復(fù)合傳輸線(composite right/left-handed t

2、ransmission line,CRLH TL)是實(shí)現(xiàn)左手材料一個(gè)方便而有效的方法。該傳輸線結(jié)構(gòu)具有低損耗,寬頻帶以及特殊的相位響應(yīng)等特性,這就為微波器件的發(fā)展提供了良好的前提條件。本論文主要研究由一維左右手復(fù)合傳輸線與附屬諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成特異材料的傳輸性質(zhì)。 本文第一章簡(jiǎn)單回顧了左手材料的特性、制備方法、研究進(jìn)展及其應(yīng)用。 本文第二章介紹了左右手復(fù)合傳輸線的基本理論,包括其特性參數(shù)、等效參數(shù)以及色散曲線等。 本文

3、第三章研究左右手復(fù)合傳輸線中的單負(fù)帶隙和布拉格帶隙。研究發(fā)現(xiàn)在CRLH TL的總長(zhǎng)度及單元個(gè)數(shù)不變的情況下,單負(fù)帶隙與單元長(zhǎng)度的有/無(wú)序性沒(méi)有關(guān)系。同時(shí)單負(fù)帶隙可以劃分為ENG和MNG兩種帶隙,這取決于加載集總元件的大小。當(dāng)CRLH TL中的每個(gè)單元長(zhǎng)度的大小隨機(jī)取值時(shí),發(fā)現(xiàn)第一個(gè)帶隙(單負(fù)帶隙)基本上保持不變,而第二個(gè)帶隙隨著無(wú)序度的增大而趨于消失,因此該帶隙為布拉格帶隙。經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)觀察單負(fù)帶隙(ENG或MNG)與布拉格帶隙重合時(shí)的

4、隧穿特性來(lái)研究布拉格帶隙的性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)布拉格帶隙與ENG帶隙重疊時(shí)會(huì)發(fā)生隧穿,在分界面處對(duì)電磁波是透明的；而當(dāng)布拉格帶隙與MNG帶隙重疊時(shí)不會(huì)出現(xiàn)隧穿。因此布拉格帶隙可以等效為負(fù)有效磁導(dǎo)率帶隙。同時(shí)又從電/磁等離子體結(jié)構(gòu)與CRLH TL級(jí)聯(lián)的情況,進(jìn)一步研究布拉格帶隙內(nèi)隧穿特性。研究發(fā)現(xiàn)左右手復(fù)合傳輸線中的布拉格帶隙始終等效為負(fù)有效磁導(dǎo)率帶隙,與加載的集總元件的大小無(wú)關(guān)。 本文第四章研究了基于諧振結(jié)構(gòu)的左右手復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu),

5、與普通的左右手復(fù)合傳輸線不同的是該結(jié)構(gòu)形成兩個(gè)左手性通帶。本章分別從等效參數(shù)、電磁場(chǎng)仿真、時(shí)域法以及方向圖等角度論證了該諧振結(jié)構(gòu)的傳輸線具有兩個(gè)左手性通帶這一特性。研究發(fā)現(xiàn)其有效參數(shù)是由串聯(lián)的阻抗和并聯(lián)的導(dǎo)納決定。在其傳輸曲線形成的兩個(gè)通帶內(nèi)其有效磁導(dǎo)率和有效介電常數(shù)同時(shí)為負(fù)；電磁場(chǎng)仿真以及時(shí)域法從相位的角度證明其中兩個(gè)通帶表現(xiàn)為左手性特性。同時(shí)在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,通過(guò)加載變?nèi)荻O管制作了可控波束掃描天線,通過(guò)改變偏置電壓而改變加載的變?nèi)?/p>

6、二極管值的大小,進(jìn)而改變?cè)撀┎ㄌ炀€的傳播常數(shù)達(dá)到波束掃描的目的。在增益大于8dB條件下天線主波束方向在3.05GHz下實(shí)現(xiàn)從后向到前向的連續(xù)掃描,并且可達(dá)到大于90度的寬角度掃描。 本文第五章研究了基于開(kāi)口諧振環(huán)耦合傳輸線的傳輸特性。研究發(fā)現(xiàn)開(kāi)口諧振環(huán)與傳輸線耦合的帶隙中,有的帶隙是源于磁諧振機(jī)制,有的帶隙是源于電諧振機(jī)制。在開(kāi)口諧振環(huán)與傳輸線耦合帶隙中,磁諧振產(chǎn)生的帶隙主要是由開(kāi)口諧振環(huán)諧振特性引起的,電諧振產(chǎn)生的帶隙則主要是