学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

新型左手传输线的设计及其特性研究

作　者: 张雅男
导　师: 程崇虎
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 左手材料复合左/右手传输线 SRR CSRR DGS 零级谐振
分类号: TN811
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 110次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

左手材料是介电常数和磁导率同时小于零的人工特异材料,它具有诸多不同于普通介质的非凡特性和潜在的应用前景,其设计与相应的特性研究是当前电磁场与微波领域研究的热点课题之一。本论文以左手材料在微波频段的应用为背景,围绕实现左手性能的各种结构来展开设计研究。左手结构最先是由周期性开口谐振环(SRR)和金属短柱组合而实现的。因为SRR可以等效负磁导率,而金属短柱可以等效为负介电常数。电磁波在双负介质中传播,具有左手特性。后来,在微带线领域中提出双负介质的等效电路,即串联电容和并联电感也可等效出负介电常数和负磁导率,实现传输左手特性的电磁波。针对上述两种实现左手材料的方法,本论文提出了一些新的左手材料的结构。第三章中,根据前人利用平面蚀刻技术的经验,将立体的SRR转变成传输线中平面矩形SRR和CSRR。同时用等效电路中的理论,把金属短柱转变为金属通孔和串联带隙。这种转变显著地降低了加工的难度,但是一样可以等效出负的介电常数和负的磁导率,并最终实现具有左手性能的传输线。第四章中所研究的结构是将SRR与DGS结构进行组合,利用SRR等效负磁导率的特点,使新结构中除DGS产生的阻带之外又产生处一个新的阻带。并且,由于SRR的加入使传统结构中DGS缝隙对阻带中心频率的影响规律发生重大改变。第五章研究根据传输线理论,利用交趾电容,缝隙电容,短柱电感等常见结构实现等效电路中的串联电容和并联电感,继而设计出新的具有双通带的复合左/右手传输线。最后,第六章是针对左/右手传输线一种特殊性质而设计。当左/右手传输线的左手通带和右手通带之间的禁带闭合时,两个通带的连接点称之为零级谐振点,以零级谐振点为工作频率的传输线,其物理长度可以不依赖于谐振频率。本论文工作的创新点如下:1、设计出结构简单,易于加工的基于SRR和CSRR的双通带复合左/右手传输线。虽然结构简化,但该传输线可以传输左手特性的电磁波。且因为产生两个左手通带的谐振结构物理尺寸差别较大,形成的通带又分别位于高、低频段,所以可以通过分别调节各自的谐振结构而改变通带的工作频率。2、设计出SRR和DGS结构新的组合方式,该组合不仅可以产生两个阻带,且两个阻带的中心频率都会随着DGS的缝隙宽度的增大而减小,这一特点不仅与传统的DGS结构规律相反,在其他类似的SRR和DGS组合结构中也没有发现。3、利用矩形贴片、金属折线以及T形DSG之类的分布元件代替交趾电容,缝隙电容等传统结构而设计出结构简单的复合左/右手传输线。因为采用新的谐振结构,所以得到的左右手通带带宽较宽。这样,该结构的双左手通带和双右手通带就实现了多通带复合左/右手传输线。4、利用螺旋电感来满足平衡谐振条件,设计出结构简单的具有零级谐振特性的传输线结构。在没有增大传输线体积的前提下,螺旋电感的加入使原来位于左右手通带间的禁带被闭合,闭合点就是零级谐振频率点。若在该频率点作为谐振器使用,这种零级谐振器的物理尺寸不受工作波长的限制,也就意味着它可以被制作的非常小。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-14
第一章绪论  14-38
  1.1 引言  14
  1.2 左手材料及其性质  14-22
    1.2.1 左手材料基本理论  14-17
    1.2.2 左手材料的性质  17-22
      1.2.2.1 负折射效应  17-18
      1.2.2.2 倏逝波放大与超分辩透镜  18-19
      1.2.2.3 反多普勒效应  19-20
      1.2.2.4 反切仑科夫辐射  20
      1.2.2.5 反古斯－汉森位移  20-21
      1.2.2.6 反光压效应  21-22
  1.3 左手材料的发展历史  22-25
    1.3.1 负等效介电常数的实现  22-23
    1.3.2 负等效磁导率的实现  23
    1.3.3 左手材料的实现  23-25
    1.3.4 左手传输线的实现  25
  1.4 左手材料在微波领域的应用  25-29
    1.4.1 左手材料在天线中的应用  26
    1.4.2 左手材料在微带电路中的应用  26-27
    1.4.3 左手材料在隐身技术中的应用  27-29
  1.5 左手材料的研究进展  29-30
  1.6 本论文的主要工作内容  30-31
  1.7 参考文献  31-38
第二章左手传输线理论  38-56
  2.1 引言  38
  2.2 理想右手及左手传输线模型  38-40
  2.3 理想复合左/右手传输线模型  40-43
  2.4 等效结构参数  43-44
  2.5 平衡和非平衡谐振状态  44-46
  2.6 基于LC 网络的传输矩阵法  46-51
    2.6.1 PRH 传输特性  47-48
    2.6.2 PLH 传输特性  48
    2.6.3 CRLH 传输特性  48-50
    2.6.4 单元个数  50-51
  2.7 一维分布式CRLH 结构实例  51-54
    2.7.1 CRLH 结构及等效电路  51-52
    2.7.2 单元结构的等效电路参数提取  52-53
    2.7.3 仿真与实验结果比较  53-54
  2.8 本章小结  54
  2.9 参考文献  54-56
第三章基于SRR 和CSRR 的传输线结构  56-79
  3.1 引言  56-57
  3.2 SRR 特性及其应用  57-62
    3.2.1 SRR 的结构及其等效电路  57-58
    3.2.2 SRR 的电磁特性  58-59
    3.2.3 基于SRR 的微带滤波器  59-62
  3.3 CSRR 特性及其应用  62-66
    3.3.1 CSRR 的结构及其等效电路  62-63
    3.3.2 CSRR 的电磁特性  63-64
    3.3.3 基于CSRR 的微带滤波器  64-66
  3.4 基于SRR/CSRR 结构的复合左/右手传输线  66-70
    3.4.1 基于SRR 的左手通带结构  67-69
    3.4.2 基于CSRR 的左手通带结构  69-70
  3.5 基于SRR 和CSRR 的双通带复合左右手传输线  70-76
    3.5.1 基于SRR 和CSRR 的双通带复合左右手传输线设计思路  70-72
    3.5.2 SRR 禁带结构的仿真  72-73
    3.5.3 CSRR 禁带结构的仿真  73-74
    3.5.4 基于SRR 和CSRR 的双通带复合左右手传输线仿真和测量  74-76
  3.6 本章小结  76-77
  3.7 参考文献  77-79
第四章基于SRR 和DGS 的双阻带微带线结构  79-100
  4.1 引言  79
  4.2 缺陷地结构及其研究方法  79-84
    4.2.1 DGS 结构的频率特性及其等效电路模型  79-82
    4.2.2 DGS 各参数对阻带特性的影响  82-84
  4.3 具有双阻带特性的SRR-DGS 结构  84-91
    4.3.1 SRR-DGS 组合应用于微带线结构  84-86
    4.3.2 SRR-DGS 组合应用于共面波导结构  86-89
    4.3.3 SRR 位于DGS 空缺处的微带线结构  89-91
  4.4 SRR 位于DGS 缝隙处的微带线结构设计与仿真  91-95
    4.4.1 SRR 位于DGS 缝隙处的微带线设计思路  91-92
    4.4.2 传统DGS 结构与SRR 位于DGS 缝隙处结构的比较  92-93
    4.4.3 两个阻带中心频率点的表面电流分布及分析  93-94
    4.4.4 DGS 结构参数对传输特性的影响  94-95
  4.5 样品的制作与测量  95-97
  4.6 本章小结  97
  4.7 参考文献  97-100
第五章基于分布元件的双通带复合左/右手传输线  100-119
  5.1 引言  100
  5.2 双通带复合左/右手传输线基本理论  100-106
    5.2.1 单通带复合左/右手传输线基本模型及等效电路  100-101
    5.2.2 双通带复合左/右手传输线理论模型  101-103
    5.2.3 双通带复合左/右手传输线理论计算  103-104
    5.2.4 双通带复合左/右手传输线的实现  104-106
  5.3 基于分布元件的双通带复合左/右手传输线设计思路  106-108
  5.4 基于分布元件的双通带复合左/右手传输线仿真  108-116
    5.4.1 组成结构的等效参数提取  108-113
      5.4.1.1 交趾结构等效参数提取  108-109
      5.4.1.2. 短路短截线结构等效参数提取  109-111
      5.4.1.3 带有弯折线的贴片结构等效参数提取  111-112
      5.4.1.4 T 形DGS 结构等效参数提取  112-113
    5.4.2 两种仿真结果的比较  113-115
      5.4.2.1 理论仿真色散曲线  113-114
      5.4.2.2 软件仿真色散曲线  114
      5.4.2.3 两种仿真色散曲线比较  114-115
    5.4.3 样品的制作与测量  115-116
  5.5 本章小结  116-117
  5.6 参考文献  117-119
第六章具有零级谐振特性的复合左/右手传输线  119-132
  6.1 引言  119
  6.2 零级谐振基本理论  119-122
  6.3 几种具有零级谐振特性的结构及其应用  122-124
    6.3.1 可调零级谐振器  122-123
    6.3.2 双通带的零级谐振传输线  123-124
  6.4 具有零级谐振特性的复合左/右手传输线设计  124-130
    6.4.1 具有零级谐振特性的复合左/右手传输线设计思路  124-126
    6.4.2 单元结构的等效电路计算  126-127
    6.4.3 等效电路理论计算与仿真结果  127-128
    6.4.4 样品的制作与测量  128-130
  6.5 本章小结  130
  6.6 参考文献  130-132
第七章全文总结与展望  132-134
  7.1 全文总结  132-133
  7.2 未来的研究工作展望  133-134
攻读博士学位期间发表的论文  134-135
致谢  135

新型左手传输线的设计及其特性研究

内容摘要

全文目录

相似论文