【正文】 ，使它具備了快速搜索、跟蹤、可變波束寬度、合理的功率管理、邊掃描邊跟蹤、多目標(biāo)跟蹤等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在在執(zhí)行窗口Solve后會(huì)出現(xiàn)對(duì)勾，表示已經(jīng)解好了。當(dāng)求解時(shí)，在Solution Monitoring就會(huì)出現(xiàn)進(jìn)度條。設(shè)置材料，為了徹底設(shè)置本征模問(wèn)題，必須對(duì)幾何模型中的每一個(gè)三維物體都要進(jìn)行材料設(shè)置。在本征模問(wèn)題中不涉及這一項(xiàng)。從Post Process菜單中選擇下列后處理中的一個(gè)：Fields訪問(wèn)三維后處理，你可以顯示圖形的輪廓，色彩濃淡，矢量，對(duì)應(yīng)于距離的值，以及生動(dòng)的場(chǎng)圖。使用Solve命令來(lái)求解與本征模問(wèn)題有關(guān)的場(chǎng)域。使用setup Solution命令來(lái)具體說(shuō)明問(wèn)題的解是如何進(jìn)行計(jì)算的。Ansoft HFSS軟件的使用方法一、創(chuàng)建本征模項(xiàng)目進(jìn)入項(xiàng)目管理器創(chuàng)建項(xiàng)目目錄創(chuàng)建項(xiàng)目二、畫(huà)圖和求解通過(guò)這個(gè)一般步驟可以定義和求解具體問(wèn)題：選擇軟件：可以選擇Driven Solution或Eigenmode solution模式。結(jié)構(gòu)的本征模或諧振解。計(jì)算模擬器還包括分析電磁結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)問(wèn)題時(shí)的后處理命令。圖中陰影區(qū)域就是求解典型的正方形貼片光子晶體結(jié)構(gòu)得到的表面波帶隙，在這個(gè)帶隙對(duì)應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，任何模式的表面波均無(wú)法在結(jié)構(gòu)表面?zhèn)鞑?。圖中的第一部分（?！鶻），βx從0到π/a變化，也就是在陣列中表示沿x方向，相應(yīng)的βy = 0。但是當(dāng)激勵(lì)頻率接近諧振頻率時(shí)，表面阻抗非常高，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，兩種模式的表面波均不能在其表面?zhèn)鞑ィ托纬闪吮砻娌◣?。根?jù)D. Sievenpiper提出的等效電路模型，貼片之間縫隙的耦合形成等效電容C，而貼片、過(guò)孔以及接地板構(gòu)成的回路則提供等效電感L，由此構(gòu)成了一個(gè)并聯(lián)諧振電路。而頻域方法在分析本征值問(wèn)題上已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，比如上面提到的有限元、矩量法。而相對(duì)于周期結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，它只能支持離散的空間模式，它們可以是表面波，也可以是漏波。光子晶體最根本的特性是頻率帶隙，而頻率帶隙可以通過(guò)其能帶結(jié)構(gòu)來(lái)描述（一般用于無(wú)限大的理想光子晶體結(jié)構(gòu)），也可以通過(guò)傳輸特性來(lái)描述（一般針對(duì)于有限結(jié)構(gòu)或器件）。在該類(lèi)型的EBG結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，可充分發(fā)揮單元諧振器的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，減小單元體積，使得在緊湊的空間中集成足夠多的周期單元，以得到預(yù)期指標(biāo)的EBG結(jié)構(gòu)。這種EBG往往通過(guò)對(duì)單元結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，使得其單元可等效為諧振特性比較強(qiáng)的并聯(lián)LC電路，以增加單元的諧振性能，然后利用單元諧振時(shí)電抗無(wú)窮大的特性，阻止諧振頻率附近的電磁波傳播，以形成頻率帶隙。167。1. 3 微波頻段的光子晶體光子晶體最初是在光學(xué)領(lǐng)域提出的，但是由于光學(xué)波段的尺度很小，加工工藝要求高，所以人工制作光子晶體存在一定的困難。第二部分（X→M），βx已經(jīng)變化到了π/a，βy = 0→π/a，表示從x方向開(kāi)始的范圍的空間。因此，在實(shí)際計(jì)算中，只對(duì)簡(jiǎn)約布里淵區(qū)的邊界點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，內(nèi)部點(diǎn)的解將限于邊界點(diǎn)解的曲線所確定的頻率范圍內(nèi)。相應(yīng)的，本征場(chǎng)為：()如果光子晶體除了平移對(duì)稱性外還有其它對(duì)稱性，則能譜能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化。 能帶結(jié)構(gòu)主方程的本征函數(shù)可以通過(guò)Bloch矢量來(lái)分類(lèi)， Bloch矢量也可以用來(lái)標(biāo)記相應(yīng)的本征值，為能量譜。Bloch矢量的選擇不是唯一的，通常都是選擇其中模值最小的單元，它們的集合稱為第一布里淵區(qū)（BZ），或簡(jiǎn)約布里淵區(qū)： ()依照式（）的定義，在倒易空間中用垂直于基矢的平面并且以距原點(diǎn)的長(zhǎng)度所切割圍成的區(qū)域，稱為簡(jiǎn)約布里淵區(qū)。這就是Bloch－Floquet原理的表現(xiàn)形式。的本征值為：()其中是波矢量，屬于此本征值的本征函數(shù)為，其中為歸一化系數(shù)。可以證明，是正定的厄米算子，其本征值是非負(fù)實(shí)數(shù)，并且存在完備的正交本征函數(shù)系。這些性質(zhì)都具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，可用來(lái)制作微腔激光器、光波導(dǎo)等光學(xué)器件。當(dāng)光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)中存在缺陷時(shí)，在光子晶體帶隙中將出現(xiàn)缺陷模式（Defected Mode），這也是光子晶體的一個(gè)很重要的特性[5,6]。 光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖光子晶體的帶隙特性可以采用能帶結(jié)構(gòu)圖或者傳輸反射曲線來(lái)表征。在半導(dǎo)體材料中由于周期勢(shì)場(chǎng)作用，電子會(huì)形成能帶結(jié)構(gòu)，帶與帶之間可能有能隙。光子晶體在微波波段的研究涉及濾波器、混合器、諧振器、高效放大器、低損慢波線、諧波抑制器、人身防護(hù)天線、高性能微波天線、相控陣天線等，覆蓋的范圍非常廣泛。在光學(xué)波段由于尺度很小，加工工藝要求高，所以人工制作光子晶體存在一定的困難。電子帶隙的存在，使物質(zhì)分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體，產(chǎn)生了晶體管，從而為集成電路和大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，對(duì)人類(lèi)文明的進(jìn)步產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 小結(jié) 29本文主要研究成果 30致謝 31參考文獻(xiàn) 3233第一章 微波光子晶體167。 陣列天線中天線單元之間的互耦及其影響 14167。1. 3 微波頻段的光子晶體 6167。 光子晶體基本特性 2167。利用光子晶體的頻率帶隙抑制相控陣天線單元間的互耦，改善了相控陣天線的寬角阻抗匹配，消除了相控陣天線的掃描盲點(diǎn)問(wèn)題，從而改善天線的掃描特性。理論上證實(shí)波導(dǎo)縫隙相控陣天線存在掃描盲點(diǎn)的原因是由于天線單元之間的互耦引起的，也就是天線陣面的表面波所造成的。本文主要針對(duì)微波光子晶體的帶隙特性及其在微波天線中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。 首先建立分析微波光子晶體結(jié)構(gòu)的理論模型和仿真工具，研究對(duì)象為以微帶基片為載體的微波光子晶體結(jié)構(gòu)。接著采用光子晶體的帶隙特性對(duì)天線單元之間互耦的減小進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：微波光子晶體，電磁帶隙結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)端頭縫隙天線，掃描盲點(diǎn)，寬角阻抗匹配AbstractMicrowave photonic crystals, also referred as electromagnetic bandgap (EBG) materials, are periodic structures characterized by the existence of frequency bandgaps. The dissertation focuses on the electromagnetic characteristics in microwave antenna.First,we establish theoretical model and numerical simulation method that are constructed in the microstrip structures. The infinite periodic structure is reduced to one single cell by applying Floquet theorem.Using the above simulation tools, several kind MPC structures have been analyzed。 光子晶體中的Maxwell方程 3167。 7167。 兩個(gè)波導(dǎo)端頭縫隙間的互耦分析 20167。 微波光子晶體起源光子晶體的概念[1, 2]是1987年由美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室的E. Yablonovitch和Princeton大學(xué)的S. John分別在討論如何抑制自發(fā)輻射和無(wú)序電介質(zhì)材料中的光子局域時(shí)，各自獨(dú)立提出來(lái)的，它是根據(jù)傳統(tǒng)的晶體概念類(lèi)比而來(lái)的。同樣，光子晶體禁帶的這一特點(diǎn)具有廣闊的應(yīng)用前景，自光子晶體的概念提出后的十幾年來(lái)，引起了世界各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，相關(guān)的理論研究以及應(yīng)用探索已經(jīng)成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)研究的熱點(diǎn)。微波頻段和光波都屬于電磁波譜，共同遵從于Maxwell方程，因此這種周期性通過(guò)縮比關(guān)系擴(kuò)展到了微波領(lǐng)域。167。光子的情況也非常相似，如果將具有不同折射系數(shù)的介質(zhì)在空間按一定的周期排列，當(dāng)空間周期與波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，由于周期性所帶來(lái)的Bragg散射，它能夠產(chǎn)生一定頻率范圍的光子帶隙，使得光不能傳播。光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)圖給出光子晶體結(jié)構(gòu)的色散關(guān)系，在一定的頻率范圍內(nèi)如果沒(méi)有任何電磁場(chǎng)模式存在，這個(gè)范圍就是所講的光子帶隙。點(diǎn)缺陷中產(chǎn)生的光子就會(huì)被局域在這個(gè)點(diǎn)缺陷附近，其行為就像一個(gè)微諧振腔。167。而不是厄米算子。在光子晶體中，由于具有周期性，則與互易，從而具有共同的本征函數(shù)，且這些共同本征函數(shù)組成完全系。由（）式可見(jiàn)，如果在上疊加一個(gè)倒格矢：，求和結(jié)果不變，即不同的波矢對(duì)應(yīng)于相同的本征函數(shù)。、二維、三維光子晶體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)約布里淵區(qū)。考慮到周期邊界條件，則光子在介電性質(zhì)周期變化的光子晶體中的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于電子在周期勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致能量譜的離散化。例如，時(shí)間反演不變性導(dǎo)致，這意味著計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，可以將布里淵區(qū)簡(jiǎn)縮為僅包含非負(fù)的Bloch矢量?；谏鲜隼碚?，采用一定的數(shù)值方法，比如平面波法，就可以計(jì)算出光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)。第三部分（M→Γ），βx、βy =π/a→0，沿著對(duì)角線的方向（450）。由于微波頻段和光波都屬于電磁波譜，共同遵從于Maxwell方程，所以這種周期性通過(guò)縮比關(guān)系擴(kuò)展到了微波領(lǐng)域，進(jìn)而加工上的難題不復(fù)存在。關(guān)于EBG的帶隙形成機(jī)理，根據(jù)目前的理論分析，可分為兩種基本類(lèi)型：第一種為Bragg散射機(jī)理，此時(shí)帶隙的產(chǎn)生主要是因Bragg散射引起，單元的周期性排列引起散射波相位的周期性分布，在特定頻率和特定方向上，各單元的散射波造成反相疊加，互相抵消，從而使得電磁波不能傳播，形成頻率帶隙。對(duì)于各種EBG結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格來(lái)講，上述兩種機(jī)理對(duì)其帶隙的形成都有一定的影響，但是在不同的情況下，起主體作用的將有所不同?？傊?，這種諧振型EBG結(jié)構(gòu)，與Bragg散射型結(jié)構(gòu)相比，可控制參數(shù)比較