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基于SIW的左手材料的研究与设计

作　者: 赵星星
导　师: 刘军民
学　校: 大连理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 基片集成波导 左手材料 谐振结构 传输线结构
分类号: O441.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


左手材料(Left-handed materials, LHMs)是介电常数和磁导率同时为负值的一种人工合成材料,它具有很多奇异的特性,如负折射效应,逆多普勒效应,后向波特性等,这使得左手材料成为现在研究的热点。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)作为一种传输线结构,由介质基片和金属通孔阵列组成,综合了传统矩形波导和微带线的一系列优点,具有加工方便、加工精度较高、体积小、重量轻、成本低、辐射损耗小、抗干扰性能好以及集成度较高等特点。左手材料分为谐振结构和传输线结构两种类型,本文从这两种类型出发,验证和设计了四种基于SIW的左手结构,从中都得到了左手特性。第一,分析SIW结构与特性,将SIW与传统矩形金属波导进行等效,寻找出了SIW与传统矩形金属波导的等效关系,并介绍了SIW在微波毫米波中的应用。而后介绍了左手材料的特性,并分析讨论了左手材料的判别及其参数提取,总结了从散射参数中提取介电常数和磁导率的方法,为设计基于SIW的左手材料提供了判定方法。第二,设计基于SIW的谐振型左手结构。分析和验证开缝SIW能够产生负磁导率,将能产生负介电常数的CSRR单元与能产生负磁导率的开缝SIW组合,实现了SIW-CSRR谐振型左手结构,并验证了方形SIW-CSRR左手结构比环形SIW-CSRR左手结构的左手频段要宽。讨论了哑铃型DGS的结构特性,SIW-DGS带通结构能产生负磁导率,将其与CSRR单元结合便能产生SIW-DGS左手结构,并且通过改进哑铃型DGS提高了介电常数和磁导率的幅度。第三,设计基于SIW的左右手复合传输线型左手结构。研究了蘑菇结构的特性,将SIW与蘑菇结构结合,形成SIW-MUSHROOM左手结构,在频段8.98GHz-9.06GHz上观察到左手特性,并研究了SIW-MUSHROOM结构的各个参数对其左手特性的影响。第四,设计基于SIW的单面左手结构：SIW-巾型左手结构。在6.27GHz-6.34GHz和6.84GHz-6.89GHz频段内观察到左手特性,并且该结构的所有部分都在同一个面内,方便调节,并研究了SIW-巾型结构的各个参数对其左手特性的影响。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 研究背景  9
  1.2 左手材料和SIW的国内外研究现状  9-12
    1.2.1 左手材料的研究现状  9-12
    1.2.2 基片集成波导(SIW)的研究现状  12
  1.3 课题研究目标、意义和内容  12-14
2 SIW的特征及其应用  14-19
  2.1 SIW的结构及特征  14-16
  2.2 SIW在微波毫米波中的应用  16-19
3 左手材料及其特性  19-26
  3.1 左手材料的特性  19-20
  3.2 左手材料的判别及其参数提取  20-26
    3.2.1 各向同性介质中的参数提取  20-23
    3.2.2 各向异性介质中的参数提取  23-26
4 基于SIW的谐振型左手材料  26-49
  4.1 SIW开缝产生负磁导率  27-32
  4.2 CSRR结构及其特征  32-36
    4.2.1 环形CSRR结构及其参数设计  32-34
    4.2.2 方形CSRR结构及其参数设计  34-36
  4.3 SIW-CSRR左手结构  36-42
    4.3.1 环形SIW-CSRR左手结构  36-39
    4.3.2 方形SIW-CSRR左手结构  39-42
  4.4 SIW-DGS左手结构  42-49
    4.4.1 哑铃型DGS及其特性  42-45
    4.4.2 SIW-DGS左手结构及其改进  45-49
5 基于SIW的左右手复合传输线型左手材料  49-68
  5.1 左右手复合传输线理论  49-50
  5.2 SIW-MUSHROOM左手结构  50-56
    5.2.1 蘑菇结构及其特性  50-51
    5.2.2 SIW-MUSHROOM左手结构及其参数分析  51-56
  5.3 基于SIW的单面左手结构  56-68
    5.3.1 巾型结构及其特性  56-57
    5.3.2 SIW-巾型左手结构及其参数分析  57-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  74-75
致谢  75-76

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 电磁学、电动力学 > 电磁学 > 物质的电磁性质
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