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基于CRLH传输线理论的微波谐振器研究及仿真

作　者: 何锴
导　师: 孔凡敏
学　校: 山东大学
专　业: 物理电子学
关键词: 特异性材料传输线理论混合左右手传输线零阶谐振器 FDTD
分类号: TN62
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 261次
引　用: 2次
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内容摘要

最近几年里，一种称为“特异性材料”(Metamaterial)的人工复合型材料在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学等领域内开始获得越来越多的关注，由于具有一些特殊的电磁特性(如负的介电常数、负的磁导率、负的折射率等)，从而使其在实际应用中具有重要的价值。2004年，T．Itoh等人根据传输线理论构造特异性材料的思想详细介绍了这种特异性材料的特性，利用非振荡的微波元件(交指型电容和螺旋型电感)制成人工的混合左右手结构传输线(CRLH-TL)，并将其应用于各种微波器件的设计中，对电子集成、微波通讯等领域的发展具有重要的意义。本文首先回顾了传输线理论与微波网络技术，并且总结了人工CRLH-TL的特性及其物理实现。接下来着重介绍了应用CRLH-TL设计微波谐振器的情况，通过对零阶谐振器(ZOR)谐振特性和损耗机理的分析，可以发现与传统的微带线谐振器相比，零阶谐振器更能满足微波集成电路设计中对器件的微型化、高性能的要求。在RF滤波器和振荡器等含有谐振器电路的微波器件设计中具有较好的应用前景。本文主要采用FDTD数值计算方法，通过设置完全匹配层(PML)吸收边界条件和划分非均匀自适应网格等技术，以提高FDTD数值计算的精确度，仿真结果同参考文献中的矩量法(MoM)进行比较，证实了FDTD算法在计算该类结构模型时的有效性。随后，分别通过改变周期单元个数、短桩电感线宽、交指电容对数以及接地导孔位置、形状、大小等对谐振器结构进行调整，可以发现结构调整对于零阶谐振器谐振频率的影响。通过进一步理论分析，给出了两种不同的优化方式，以对零阶谐振器结构进行优化，FDTD仿真结果表明优化后的谐振特性与原零阶谐振器保持一致，而尺寸变得更小，且具有更高的品质因数。最后提出了一种新型螺旋线结构谐振器，仿真结果证实了该结构谐振器模型比零阶谐振器具有更小的衰减特性、更好的阻带特性以及更小的结构尺寸。

全文目录

中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
符号说明  9-10
第一章引言  10-13
  1.1 特异性材料Metamaterials  10-11
  1.2 特异性材料Metamaterials的研究进展和应用前景  11-12
  1.3 本论文的研究内容与主要工作  12-13
第二章微波电路设计原理  13-23
  2.1 传输线理论  13-18
  2.2 微带传输线  18-20
  2.3 微波网络  20-23
第三章 CRLH结构传输线  23-35
  3.1 CRLH-TL理论  23-27
  3.2 CRLH-TL的LC网络  27-29
  3.3 CRLH结构传输线的物理实现  29-31
  3.4 参数提取  31-35
第四章 CRLH结构微波谐振器FDTD分析与优化  35-60
  4.1 FDTD算法基本原理  35-39
    4.1.1 Yee差分网格及差分方程  36-37
    4.1.2 数值稳定性和数值色散  37-38
    4.1.3 吸收边界条件  38-39
    4.1.4 激励源  39
  4.2 CRLH结构微波谐振器  39-60
    4.2.1 微波谐振器概述  39-40
    4.2.2 零阶谐振器特性  40-45
    4.2.3 FDTD分析与优化  45-56
    4.2.4 螺旋线圈型谐振器  56-60
第五章结论  60-62
参考文献  62-68
致谢  68-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文  70-71
学位论文评阅及答辩情况表  71

基于CRLH传输线理论的微波谐振器研究及仿真

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