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左手媒质的构造及在微波工程中的应用研究

作　者: 刘传运
导　师: 褚庆昕
学　校: 华南理工大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 左手媒质复合左右手传输线对偶复合左右手传输线超宽带滤波器漏波天线带阻滤波器
分类号: TN015
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

等效的介电常数和磁导率同时为负值的左手媒质,颠覆了经典电磁学和传统光学,它的发现被认为是2003年度十大科学突破之一,是当前物理与电磁学研究领域中的前沿与热点问题。电磁波在左手媒质中传播时将显现与传统介质不同的奇异的电磁特性,因而受到了越来越多研究人员的青睐。作为一门新兴的前沿科学,左手媒质的研究在很多方面还不完善,在电磁特性分析、结构构造以及工程应用等方面还需要不断地完善和深入发展。本论文针对这些问题进行研究,主要创新之处有:第一,提出了一种二维平面宽带左手媒质结构,该结构在两个方向上的相对带宽均能达到61.6%以上,而中心频率结构单元电尺寸在0.095以下,其双负频段可以平移,结构简单,平面结构更易于加工制作。通过验证该结构的二维双负特性、后向波特性以及负折射特性说明了该左手媒质结构的有效性。同时,说明了该结构的对偶形式——补偿开口金属谐振环的基本特性及典型应用领域,通过在基片集成波导一侧的壁上加载补偿开口金属谐振环结构构造了一种小型的超宽带滤波器,该滤波器利用加载补偿开口金属谐振环可以在截止频率以下产生前向波通带的特性,使得滤波器尺寸减小了40%,同时保留了基片集成波导体积小、重量轻、容易加工和集成等优点。第二,阐述了左手传输线和复合左右手传输线理论,比较了对称型和非对称型复合左右手传输线网络的优劣,并提出了一种非对称型具有超宽带特性的共面波导馈电式复合左右手传输线结构和一种改进的对称型复合左右手传输线结构,该结构在保持平面结构易于加工制作的优点之外,具有更小的尺寸,并且避免了微带交指电容易产生寄生谐振的缺点。探讨了复合左右手传输线结构的应用领域:从对复合左右手传输线的左右手通带分析出发,阐述了利用复合左右手传输线构造带通滤波器的机理,并且利用处于平衡态的对称型复合左右手传输线构造了一种超宽带滤波器,证明了该理论的正确性;阐述了漏波辐射的基本原理,指出相比传统漏波结构,复合左右手传输线漏波结构可以实现从后向到前向的连续辐射,并且不需要复杂的馈电网络。最后利用一种对称型复合左右手传输线结构构造了一种漏波天线,并通过数值仿真、等效电路分析和实际测试证明了该天线从后向到前向的连续双边辐射能力。第三,阐述了对偶复合左右手传输线理论,提出了一种对称型对偶复合左右手传输线结构,利用该结构的带阻特性实现了一种带阻滤波器,同时利用对偶复合左右手传输线结构的寄生效应,构造了一种能够实现从后向到前向的连续辐射的漏波天线,该天线同样不需要复杂的馈电网络。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-29
  1.1 课题背景和意义  12-13
  1.2 左手媒质的研究进展与现状  13-27
  1.3 论文的主要研究成果  27
  1.4 内容安排  27-29
第二章左手媒质的异常特性分析  29-42
  2.1 引言  29
  2.2 左手特性  29-31
  2.3 边界条件  31-32
  2.4 频率色散特性  32-33
  2.5 负折射特性  33-34
  2.6 逆多普勒效应  34-36
  2.7 逆契伦柯夫辐射  36-37
  2.8 逆Goos-H?nchen 位移效应  37-38
  2.9 完美透镜  38-41
  2.10 本章小结  41-42
第三章一种二维平面左手媒质结构  42-63
  3.1 引言  42
  3.2 二维平面左手媒质结构  42-54
    3.2.1 左手媒质结构模型  42-44
    3.2.2 特性仿真验证  44-54
  3.3 对偶的补偿开口金属谐振环结构在小型超宽带滤波器中的应用  54-62
    3.3.1 补偿开口金属谐振环  54-56
    3.3.2 基片集成波导  56-58
    3.3.3 基于SIW 加载CSRRs 的小型超宽带滤波器  58-62
  3.4 本章小结  62-63
第四章基于共面波导的CRLH TL 结构及应用  63-112
  4.1 引言  63-64
  4.2 理想均匀无耗的CRLH TL  64-76
    4.2.1 理想均匀无耗的LH TL 基本特性  64-67
    4.2.2 理想均匀无耗的CRLH TL 基本特性  67-72
    4.2.3 CRLH 传输线的等效本构参数  72-76
  4.3 基于共面波导的CRLH TL  76-92
    4.3.1 非对称型CRLH TL  76-83
    4.3.2 对称型CRLH TL  83-92
  4.4 CRLH TL 在超宽带滤波器中的应用  92-101
    4.4.1 利用CRLH TL 结构设计超宽带滤波器的原理分析  92-97
    4.4.2 超宽带滤波器应用实例  97-101
  4.5 CRLH TL 在漏波天线中的应用  101-111
    4.5.1 漏波辐射的基本原理  101-103
    4.5.2 漏波结构的分类  103-104
    4.5.3 基于CRLH 共面波导的双边辐射漏波天线  104-111
  4.6 本章小结  111-112
第五章一种D-CRLH TL 结构及应用  112-130
  5.1 引言  112
  5.2 理想均匀无耗的D-CRLH TL 基本特性  112-115
  5.3 对称型D-CRLH TL  115-119
    5.3.1 D-CRLH TL 结构提出  115-116
    5.3.2 D-CRLH TL 结构分析  116-119
  5.4 D-CRLH TL 在带阻滤波器中的应用  119-124
    5.4.1 D-CRLH TL 的左右手通带分析  119-121
    5.4.2 D-CRLH TL 的带阻滤波器应用  121-124
  5.5 D-CRLH TL 在漏波天线中的应用  124-129
    5.5.1 单元结构漏波特性分析  124-125
    5.5.2 漏波天线仿真测量结果  125-129
  5.6 本章小结  129-130
第六章结束语  130-132
  6.1 论文总结  130-131
  6.2 后续工作及展望  131-132
参考文献  132-145
攻读博士学位期间取得的研究成果  145-147
致谢  147-148
附录  148

左手媒质的构造及在微波工程中的应用研究

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