新型人工电磁材料器件的设计、制作和应用研究

【摘要】： 人工电磁材料是指电磁波在其中传播时具有特殊传导或者辐射特性的人工复合材料。最近引起人们广泛研究兴趣的左手材料即是一类具有代表性的人工电磁材料。从广义上说，人工电磁材料包括所有对电磁波的传播具有特定影响的人造材料或结构，比如光子晶体材料、电磁带隙结构、缺陷接地平面结构、左手材料以及复合左右手结构等。本文主要研究了几种人工电磁材料及结构中电磁波的传输特性以及基于这些材料和结构的器件的设计方法、制作过程和应用背景。 全文共分为六章，第一章介绍了本论文研究的背景和当前国内外该领域内研究的进展。第二章介绍了用于分析人工电磁材料色散特性的ABCD矩阵方法和微波电路设计中常用的散射参数，进一步介绍了本文中使用到的数值计算方法以及优化设计方法，主要是矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及遗传算法。第三章主要介绍了人工电磁介质在滤波器件设计中的应用。在第一部分介绍了由左手传输线和右手传输线交替复合组成的一维布拉格反射器的设计原理，研究了该反射器件的异常窄带传输特性及其采用微带传输线的实现方法，对此布拉格反射器的电路仿真和实验验证表明该设计可以用来实现窄带的滤波应用。第二部分介绍了通过在微带共面波导上刻蚀周期性结构来制作新型的电磁带隙材料，从而实现尺寸非常紧凑、低插入损耗的低通滤波器。第四章主要介绍了利用人工电磁材料改善功率控制电路性能的方法。在第一部分主要介绍了如何利用左手传输线异常的非线性色散特性来改善威尔金森功分器的隔离带宽以及通带平坦度。第二部分介绍了一种采用新型的复合左右手传输线制作的二路等功率分配的功分器。第三部分则利用复合左右手结构的漏波特性，设计了具有较低输入驻波比的固定衰减器。第五章主要介绍了利用新型的“色散”右手传输线以及复合左右手结构的异常色散特性来设计和制作宽带和低插入损耗的差分移相器的过程。最后，第六章是对本文工作的一些总结以及对今后本课题工作的一些展望。