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《大连海事大学》 2006年
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基于光子带隙结构的功分器的研究

徐红艳  
【摘要】:光子带隙(Photonic Bandgap简称PBG)结构是一种具有带阻特性、慢波特性、高等效特性阻抗特性的周期性微波结构。缺陷接地结构DGS(Defected Ground Structure)是由PBG结构发展而来的非周期性或周期单元很少的微波结构,它与光子带隙结构一样,能够使得特定频段内的电磁波完全不能在其中传输,具有明显的禁带特性。自从80年代其概念被提出以来,已经成为微波领域研究的热门话题之一,它被广泛地应用于滤波器、功分器等微波电路和天线设计中。 本文主要研究了PBG结构在微带电路中的应用,将时域有限差分法用于光子晶体传输特性理论研究。分析了二维平面带隙结构特性,将平面带隙结构应用于微带功分器上,分别讨论了在金属接地板上刻蚀几种不同尺寸的方形孔和圆形孔的PBG结构的微带功分器,对其进行仿真计算。此外,本文还研究了一种新型的DGS结构的Wilkinson功分器,是在金属接地板上刻蚀非周期性的哑铃形孔的结构,这种结构与周期性的PBG结构相比具有结构简单,电路尺寸小,便于集成等优点。 文中首先从理论方面对功分器的设计进行分析,利用时域有限差分法(FDTD)对PBG及DGS结构的功分器进行计算和仿真,获得时域波形,再通过傅立叶变换得到该结构的频率特性。研究了PBG及DGS结构栅格的各种形状和大小对频率特性的影响,总结规律,提出了新的结构。本文中的FDTD法使用了完全匹配层(PML)吸收边界条件。然后利用高频电磁仿真软件ADS对设计参数进行仿真和优化,分析比较得到较好的结果。最后对设计的功分器进行加工,并用矢量网络分析仪进行测试,测试结果与理论计算及仿真的结果相比较具有较好的一致性。
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