【正文】 列的原子所產(chǎn)生的周期性電勢場對電子有一個特殊的約束作用，從而使得晶體中電子的能量本征值形成一系列的能帶，能帶之間形成無能級的電子帶隙（Bandgaps）；同樣，在介電性質(zhì)周期變化的光子晶體中，光子的運動類似于電子在周期勢場中的運動特性，從而導致能量譜的離散化。1999年12月權(quán)威刊物《Science》評選出當年世界九大科技成果，“光子晶體”是其中之一。對于頻率禁帶處在微波頻段（300MHz~300GHz）的光子晶體，我們將其稱為微波光子晶體（Microwave Photonic Crystals：MPCs）、電磁晶體（Electromagnetic Crystals：ECs）或電磁帶隙結(jié)構(gòu)（Electromagnetic BandGap：EBG）。 光子晶體基本特性光子晶體最根本的特性就是具有光子帶隙[3,4]（Photonic Bandgap, PBG）。由于光波也是電磁波，所以光子晶體實際上對整個電磁波譜都是成立的，甚至于對于聲波（彈性波）也存在帶隙。當電磁波照射到光子晶體上時，如果電磁波的頻率落在光子晶體的禁帶頻率范圍內(nèi)，那么電磁信號將被完全反射。如果形成的是線缺陷，其行為類似于光波導，實驗發(fā)現(xiàn)當線缺陷90o轉(zhuǎn)折時能接近100%導光。 光子晶體中的Maxwell方程在線性、各向同性、無耗、無色散的無源媒質(zhì)中，由Maxwell方程出發(fā)，考慮時諧電磁場的情況，在旋度方程中分別消去磁場和電場分量，可以得到兩個主方程：()()其中是自由空間中的光速。167。因此，方程（）的通解可以用的本征函數(shù)的線性組合來表示：()其中為倒格矢，求和遍及整個倒易點陣。根據(jù)這個性質(zhì)，波矢空間可以分割為等價的類群，矢量和如果滿足，則它們對應(yīng)于相同的，就可以認為它們是等價的。 光子晶體的布里淵區(qū)：一維（左），二維（中），三維（右）。光子晶體中的模式將是一組連續(xù)函數(shù)，n對應(yīng)著能帶的系數(shù)。與布里淵區(qū)的內(nèi)部點相比，邊界點對應(yīng)著更高的對稱性。圖中Γ、X、M三個點決定了一個簡約布里淵區(qū)。這樣就可以描繪出光子晶體的能帶曲線并清楚地看到其頻率帶隙所在的位置。微波領(lǐng)域從理論分析、制備到實驗測試都有相當成熟的技術(shù)和儀器設(shè)備，所以光子晶體在微波頻段的研究快速開展起來，并且不斷獲得新的成果，微波光子晶體相關(guān)理論及應(yīng)用已經(jīng)成了一個重要的研究方向。此時EBG的周期間距a需滿足Bragg條件，即：，其中是EBG帶隙頻率對應(yīng)的導波波長。在面心立方、體心立方、林肯棒、一維光子晶體等多種EBG結(jié)構(gòu)中，由于單元本身的諧振效應(yīng)非常的微弱，Bragg散射為產(chǎn)生帶隙的主要原因，因此這些結(jié)構(gòu)的頻率帶隙位置滿足Bragg條件，成為Bragg散射型EBG結(jié)構(gòu)。167。EBG為一種周期結(jié)構(gòu)，對于周期結(jié)構(gòu)的分析，往往根據(jù)Floquet原理，利用周期邊界提取一個周期單元進行分析，其中在算法中最重要的就是要便于周期邊界條件的實現(xiàn)，這樣，以前用來分析微波周期結(jié)構(gòu)的數(shù)值方法，都可以被用來分析EBG結(jié)構(gòu)，其中包括周期矩量法[7]（Period Methods of Moment：PMM），有限元法[8]（Finite Element Methods：FEM），時域有限差分法[9,10,11]（FDTD），有限差分法，直線法（Method of Line：MoL）等，各種方法都有各自的優(yōu)缺點。對于本征模式的數(shù)值分析，可以采用時域方法和頻域方法。而且從上面的分析來看，矩量法在分析光子晶體特性上，其正確性和有效性都得到了驗證。后來國內(nèi)的付云起通過更準確的分析對式（）進行了修正，修正后的等效電容計算公式為：（）其中，b=g/2，c=w，K(x)為第一類完全橢圓積分。使矢量沿布里淵區(qū)的邊界（ΓΧΜΓ）取值，則就可以求解出結(jié)構(gòu)的所有本征模。第三部分（M→Γ），βx、βy =π/a→0，沿著對角線的方向（450）。用實線代表光線，帶隙用陰影區(qū)繪出。端口特征阻抗和傳輸常數(shù)。當你建立一個問題時，Ansoft HFSS可以允許你指定一個頻段內(nèi)的一個或幾個頻率點。使用Setup Materials命令來設(shè)置每一個三維物體幾何模型的材料特性。確定求解的標準，例如，途徑的個數(shù)，四面體所占的百分比等等。兩個自適應(yīng)解之間的參數(shù)區(qū)別。在本征模問題中不涉及這一項。例如，你必須用Draw先創(chuàng)建幾何模型，然后才能用Setup Materials設(shè)置物體的材料特性。因為幾何體周圍是有耗導體，軟件中缺省的邊界定義（默認值）的是暴露于背景物體的一部分，我們要改變邊界以模擬有耗的材料，例如鐵、銅。請注意和進度條同時出現(xiàn)的信息，描述了求解過程的不同階段。例如，如果你要改變已經(jīng)求解的問題的幾何結(jié)構(gòu)，在你保存了對新的幾何結(jié)構(gòu)的修改后，肯定會產(chǎn)生一個新解。有時還可能在特定的角度上會出現(xiàn)完全失配，從而造成相控陣天線在該角度上不能有效的輻射出能量，出現(xiàn)掃描的“盲點”，這一個特點同樣嚴重影響了相控陣天線的掃描特性。 陣列天線中天線單元之間的互耦及其影響天線是在功率源和自由空間之間進行良好匹配的變換裝置。當天線單元處于由許多單元所組成的相控陣天線中時，這就形成了相控陣天線單元之間的能量相互交換。然而，實際情況是，相控陣天線是由大量的天線單元組成的陣列，陣中單元所處的環(huán)境與獨立單元所處的環(huán)境是完全不同的，諸單元之間必然會存在著能量的互相耦合，相控陣天線單元之間的互耦是客觀存在的，是不能被忽略的。對應(yīng)的，在實驗中也發(fā)現(xiàn)，由于互耦的存在，相控陣天線單元在陣中的波瓣有尖而深的凹點存在，相控陣天線的主瓣掃描到陣中單元波瓣的凹點所在的角度上時，輻射能量大為減少，幾乎全部的能量都由饋線所反射。陣列天線方向圖決定于陣列中各天線單元的電流分布和相鄰單元之間的相位差（即沿陣列遞增的相位變化或相位梯度）。對于一個N單元陣列天線，天線單元的電流與饋電網(wǎng)絡(luò)所提供的電壓之間的關(guān)系，可通過一個N階的阻抗矩陣Z表示： （）或 其中為饋電網(wǎng)絡(luò)提供的電壓矩陣；為線陣中N個單元上由電流組成的電流矩陣；Z即式（1）中的阻抗矩陣。因此，為了準確地提供陣列所需天線單元的激勵電流，必須計算和測試單元之間的互耦，求出其有源阻抗。隨著天線波束的掃描，單元之間的互耦會發(fā)生變化，阻抗矩陣Z也將相應(yīng)地變化，天線波束作寬角掃描時的情況更是如此。天線單元與饋線中各個接點之間場強的來回反射，對主通過波疊加上了反射波，使電壓矩陣V也發(fā)生變化。對于一個無限陣列（實際上，天線口徑上若有100個以上單元的陣列，就已接近于無限陣列了），陣列中任一單元都受到周圍上下左右各2~4排內(nèi)單元的較大影響，而位于較遠距離的天線單元對它的影響較小。引起天線掃描出現(xiàn)“盲角”由于互耦的影響，當天線波束掃描至接近出現(xiàn)柵瓣的方向時（），使得這一天線波束指向上的天線波瓣出現(xiàn)一個很深的凹口，甚至零點；與此相應(yīng)，天線增益將急劇下降。對ik的單元，由式（）可得 （）對ik的單元，可得 （）因傳播常數(shù)，由式（）和式（）可得 （）式中，為接近或略大于K的傳播常數(shù)。因此，為了避免出現(xiàn)“盲角”，天線波束的最大掃描角應(yīng)比由所確定的更小一些。天線單元間的耦合越強，陣中單元與孤立單元的性能差別越大，所以，在研究、設(shè)計相控陣及其他形式的陣列天線時，對單元間互耦的研究就顯得非常重要。波導和波導幾何尺寸以及縫隙尺寸相同，金屬接地面的結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖所示： mm，mm。將金屬接地板替換為微帶介質(zhì)基板，并在兩波導縫隙中間插入3列光子晶體。、兩者吻合的比較好，可以觀察出高阻接地面對波導端頭縫隙天線耦合特性的改善。但由于兩個波導縫隙之間的距離的限制，EBG的層數(shù)越多，EBG邊緣與縫隙的距離越小，EBG與縫隙之間的作用越強，因此此時波導縫隙天線的反射損耗越差。167。~，有明顯的頻率帶隙，覆蓋了天線的工作頻率。這主要是因為：1)在H面上，表面波激勵的耦合影響本身比較小，所以沒有出現(xiàn)盲點現(xiàn)象；2)由于陣列尺寸的原因僅在E面加載HIGP結(jié)構(gòu)，所以對H面的影響很小。 三角形柵格排列波導端頭縫隙陣列，所以設(shè)計帶隙頻率位于S波段的EBG結(jié)構(gòu)，選擇參數(shù)為：基板介電常數(shù)，基板厚度mm，正方形金屬貼片寬度mm，相鄰貼片間縫隙mm。ΓMXΓΓ 端頭縫隙相控陣的高阻表面帶隙 三角形柵格排列波導端頭縫隙相控陣的 E面掃描反射系數(shù)。而在波導端頭之間采用高阻表面之后，相控陣的寬角阻抗匹配得到明顯的改善，整個掃描范圍內(nèi)，天線的反射系數(shù)都得到了降低，在以后出現(xiàn)的完全失配也不存在了，天線的掃描范圍得到了擴大。相控陣天線由于單元之間存在著難以避免的能量互耦，所以在掃描特性[20]上有著一定的限制，天線的寬角阻抗匹配會變差，某些角度上可能會出現(xiàn)完全失配，形成掃描上的“盲點”。簡要介紹仿真軟件Ansoft HFSS，及其仿真步驟。這包括對光子晶體材料本質(zhì)的理解和實際應(yīng)用的探索等多個方面。從鄭教員那里我更是學到了實事求是的工作態(tài)度，全身心投入工作的勤奮以及真誠待人的優(yōu)秀品德，這些都已經(jīng)深深地刻入了我的心坎，為我走入部隊，成為一名合格軍官做出好榜樣，再次向敬愛的鄭秋容教員表示真摯的感謝！還要感謝在畢業(yè)設(shè)計期間系領(lǐng)導對我的關(guān)懷，還有隊領(lǐng)導對我的督促和支持，以及微波教員室的各位教員對我的熱心幫助，感謝和我在一起生活、學習的各位戰(zhàn)友，你們使我的軍校生活豐富美好、絢