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二维光子晶体结构谐振腔及太赫兹传输辐射元件研究

朱辉  
【摘要】:光子晶体是一种介电常数在空间具有周期性分布的新型人工材料,其最本质的特征是具有“光子带隙”和“光子局域态”。自1987年被提出开始,20多年来光子晶体结构已经在多个科研领域有着广泛应用。近年来,在微波和太赫兹波段,利用光子晶体结构的特性抑制元器件的模式竞争和降低元器件的损耗是光子晶体结构的主要研究方向之一。 本文将二维光子晶体结构用于W波段回旋管谐振腔和太赫兹波段传输辐射元件的设计,主要工作如下: 1.采用平面波展开法分别计算了正方形排列和正三角形排列的介质型二维光子晶体结构中TM波和TE波的全局带隙;采用有限差分法分别计算了正方形排列和正三角形排列的金属型二维光子晶体结构中TM波和TE波的全局带隙。计算结果验证了二维光子晶体结构中光子禁带的存在,即特殊频率的电磁波不能在二维光子晶体结构中传输。 2.利用光子晶体结构的光子局域态特性,设计了工作频率为95GHz的金属型二维光子晶体结构回旋管谐振腔,并将其与普通结构回旋管谐振腔做了对比。归纳总结了采用二维光子晶体结构设计谐振腔的一般规律。 3.基于正方形排列的金属型二维光子晶体结构,设计了分别工作在140GHz和220GHz的具有高传输性能和低损耗的光子晶体结构直波导和弯波导传输线。在波导传输线的基础上又分别设计了性能良好的光子晶体结构功率分配器和H面喇叭天线。最后将光子晶体结构功率分配器和H面喇叭天线相结合,设计了二单元的天线阵列,仿真结果表明天线具有良好的对称性和增益。


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