【正文】 插入四列EBG結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)端頭縫隙天線 插入四列EBG結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)端頭 插入四列EBG結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)端頭 縫隙天線計算結(jié)果 縫隙天線測試結(jié)果當兩個波導(dǎo)共軸線排列時： 共軸線排列的波導(dǎo)端頭縫隙天線 EBG共軸線排列的波導(dǎo)端頭縫隙天線 共軸線排列的波導(dǎo)端頭縫隙 共軸線排列的波導(dǎo)端頭縫隙天線計算結(jié)果 天線測試結(jié)果采用HFSS計算了普通金屬和插入EBG結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)縫隙天線的耦合系數(shù)。這就是說當整個陣列激勵時而主波束掃描到該角度時，中心陣元（大多數(shù)其他陣元也同樣）便不能輻射出任何有效功率，從而導(dǎo)致饋線和天線口徑之間的嚴重失配，幾乎所有的輻射功率都被反射回來。隨著掃描角度的增大，天線的匹配越來越差。光子晶體與天線一體化設(shè)計的準則問題也是一個要研究的方面。以正方形和三角形柵格排列波導(dǎo)端頭縫隙相控陣為實例，用仿真軟件得出優(yōu)化結(jié)果，并和優(yōu)化前進行比較，得出結(jié)論：利用EBG結(jié)構(gòu)的表面波帶隙特性抑制相控陣天線中可能激勵的表面波，從而有效地抑制掃描盲點，從計算的結(jié)果來看，相控陣天線加載EBG結(jié)構(gòu)后，掃描盲點消失，從而擴展了原相控陣的掃描范圍，證明了EBG結(jié)構(gòu)在設(shè)計相控陣天線系統(tǒng)中的潛在價值。只有當掃描角接近這種極限情況下時，天線才會出現(xiàn)比較大的反射。波導(dǎo)端頭縫隙陣列的參數(shù)與理想導(dǎo)體接地面的天線陣列完全相同：mm，mm，mm，mm，mm，mm。而諧振型微波光子晶體具有周期小的優(yōu)點，可以在有限的尺寸上放置相對較多的周期結(jié)構(gòu)，所以更加適合用于天線陣的單元之間，降低互耦效應(yīng)。這一現(xiàn)象在相控陣雷達的實際使用中已經(jīng)遇到過，因此，已引起很多人的注意，它也是設(shè)計時應(yīng)當充分考慮的問題。引起天線陣電流分布發(fā)生變化由式（1）可得。因為天線的輸入阻抗隨掃描角的變化會使饋線和天線失配，有可能給相控陣天線的寬角阻抗匹配[17]帶來不利的影響，從而使陣列的輻射效率降低。相控陣天線波束的掃描直接受計算機控制，具有很大的靈活性，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、多目標跟蹤等優(yōu)點。在本征模問題中不涉及這一項。Ansoft HFSS軟件的使用方法一、創(chuàng)建本征模項目進入項目管理器創(chuàng)建項目目錄創(chuàng)建項目二、畫圖和求解通過這個一般步驟可以定義和求解具體問題：選擇軟件：可以選擇Driven Solution或Eigenmode solution模式。圖中的第一部分（Γ→X），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。而相對于周期結(jié)構(gòu)來說，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。167。相應(yīng)的，本征場為：()如果光子晶體除了平移對稱性外還有其它對稱性，則能譜能夠進一步簡化。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)。 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表征。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)，對人類文明的進步產(chǎn)生了深遠的影響。 光子晶體基本特性 2167。 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，研究對象為以微帶基片為載體的微波光子晶體結(jié)構(gòu)。 7167。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縮比關(guān)系擴展到了微波領(lǐng)域。點缺陷中產(chǎn)生的光子就會被局域在這個點缺陷附近，其行為就像一個微諧振腔。由（）式可見，如果在上疊加一個倒格矢：，求和結(jié)果不變，即不同的波矢對應(yīng)于相同的本征函數(shù)?；谏鲜隼碚摚捎靡欢ǖ臄?shù)值方法，比如平面波法，就可以計算出光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)。對于各種EBG結(jié)構(gòu)，嚴格來講，上述兩種機理對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。尤其是矩量法，發(fā)展的比較成熟和完善，用來分析微帶結(jié)構(gòu)獲得了很好的效果。 有限元法計算光子晶體結(jié)構(gòu)表面波帶隙的模型：w=，g=，t=2mm，r=，無覆蓋層，也即上層為空氣。對于本征模來說，也就是：確定開始尋找本征模的最小頻率和本征模的個數(shù)。設(shè)置邊界，定義完材料屬性后，必須說明邊界條件。167。諧振型微波光子晶體的頻率帶隙可以減弱單元之間的耦合，從而提供了一種改善相控陣掃描特性的有效手段。存在互耦時，天線單元的反射將進一步增大，且隨天線掃描角度的變化而變化。當反映單元間互耦情況的電波傳播常數(shù)略大于自由空間的電波傳播常數(shù)K（級慢波情況）時，式（）中的為正值，故。天線接地面的尺寸與實際制作的天線相同。加載EBG結(jié)構(gòu)前后，相控陣列特性基本沒有改變。當掃描角達到以后，陣列的反射系數(shù)接近于1，天線出現(xiàn)了完全失配，限制了無限波導(dǎo)端頭縫隙相控陣的掃描范圍。致謝在本文完成之際，謹向給予我指導(dǎo)、關(guān)心、支持的各位老師、領(lǐng)導(dǎo)、同學(xué)、朋友致以忠心的感謝！首先要感謝我的指導(dǎo)老師鄭秋容教員，在整個畢業(yè)設(shè)計期間，從題目的確定，軟件的仿真，論文的撰寫，鄭教員以高深的學(xué)術(shù)造詣，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，豐富的經(jīng)驗，給予了我非常耐心、具體的指導(dǎo)。重點研究了諧振型微波光子晶體改善相控陣天線掃描特性，其中詳細研究了陣列天線中天線單元之間的互耦及其影響，說明了為什么天線陣列產(chǎn)生“盲點”現(xiàn)象，以及如何使用微波光子晶體改善天線的掃描特性。從結(jié)果可以看出，對于理想導(dǎo)體接地面三角形柵格排列的波導(dǎo)端頭縫隙相控陣天線，其E面掃描的寬角阻抗匹配良好，在很大的掃描角范圍內(nèi)，天線的反射系數(shù)都保持在一個比較低的水平。 正方形柵格排列縫隙相控陣的仿真分析結(jié)果對使用EBG結(jié)構(gòu)的正方形柵格排列無限波導(dǎo)端頭縫隙相控陣進行分析。 波導(dǎo)端頭縫隙的金屬接地面， 金屬接地面波導(dǎo)端頭縫隙天線計算結(jié)果 金屬接地面波導(dǎo)端頭縫隙天線測試結(jié)果由于微波光子晶體存在頻率帶隙，因而很自然可以被用來阻止天線單元之間的電磁波傳播，以達到減小天線互耦的目的。這一現(xiàn)象稱為“盲視現(xiàn)象”，這時的天線波束指向角稱為“盲角”。天線單元之間的互耦影響主要表現(xiàn)在以下三個方面。天線單元之間的互耦效應(yīng)的會對相控陣天線的特性[15，16]產(chǎn)生比較大的影響，一般認為會導(dǎo)致：（1）單元的有源輸入阻抗與自由空間的不同，而且隨掃描角(即各個單元的相位配置)而改變；（2）單元的輻射波瓣圖要發(fā)生變化；（3）天線的極化特性要變壞。第三章 微波光子晶體改善相控陣天線掃描特性相控陣天線從提出至今已發(fā)展了幾十年，現(xiàn)在仍然受到人們的廣泛關(guān)注，因為它所具有的優(yōu)點在今天仍然很有意義。Matrix Plot訪問Matrix Plot Post Processor，你可以畫出許多對應(yīng)于時間和頻率的參數(shù)圖。Ansoft HFSS可以有效的運行在UNIX工作站和PC機的WINDOWS下。由于我們關(guān)心的是表面波帶隙，所以只取小于光速傳播的模式。微波光子晶體從其描述上來看是一種周期結(jié)構(gòu)，而對于周期結(jié)構(gòu)的分析，一般分為兩個方面：一是研究其平面波響應(yīng)，也就是對于一個入射的平面波，計算其反射和透射信號特性，這在分析頻率選擇表面（FSS）中體現(xiàn)得尤為突出；另外一方面就是分析結(jié)構(gòu)的電磁波模式特性，比如一層介質(zhì)材料除了具有連續(xù)的輻射模式外，還支持離散的表面波模式。光子晶體在微波頻段的研究涉及濾波器、混合器、諧振器、高效放大器、諧波抑制器、人身防護天線、高性能微波天線、相控陣天線等，覆蓋的范圍非常廣泛。這個函數(shù)所包含的信息就是光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)。 Bloch－Floquet原理光子晶體的周期性可以用周期平移算子來表征，如（）所示。光子晶體按照周期性可分為一維、二維或三維結(jié)構(gòu)。在某些頻率范圍，所有入射方向上電磁波的所有偏振態(tài)都被禁止傳播，這些被禁止的頻率區(qū)間即稱為“光子帶隙”(Photonic Band Gap), 而具有“光子帶隙”的材料則被稱為光子晶體。 微波光子晶體起源 1167。利用Floquet定理，將無限大周期結(jié)構(gòu)簡化為一個周期單元來計算。 微波光子晶體的分析方法 8第二章 Ansoft HFSS軟件簡介 12167。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）。如果形成的是線缺陷，其行為類似于光波導(dǎo)，實驗發(fā)現(xiàn)當線缺陷90o轉(zhuǎn)折時能接近100%導(dǎo)光。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。圖中Γ、X、M三個點決定了一個簡約布里淵區(qū)。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)。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。用實線代表光線，帶隙用陰影區(qū)繪出。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。因為幾何體周圍是有耗導(dǎo)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。 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。陣列天線方向