论文摘要
人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)是一种色散特性与表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)相似,在金属周期性结构表面传输的电磁波。SSPPs结构的优点是其色散特性和束缚电磁场的能力完全由结构的几何参量所决定。SSPPs提出后,已经在太赫兹及微波频段得到广泛的研究和应用。本论文主要对基于SSPPs的传输线及漏波天线进行研究。论文的主要研究内容如下:第一,介绍了用于进行SSPPs结构色散特性分析的等效电路法及谐振法,并对比了不同方法之间的结果,阐述了不同方法获得结果的异同。随后,给出了SSPPs传输线损耗特性的获取方法,并验证了方法的有效性。第二,提出了一种新型可集成的三维SSPPs传输线,其通过在金属条带上周期性的排布三维的铆钉状单元结构来实现电磁波的传输。首先,分析了传输线的色散特性、场分布、高次模式和传输特性。单元结构的色散特性可以通过多个几何参量调节,从而可以根据不同的应用场景进行设计。然后,仿真研究了传输线的导体损耗和介质损耗,并与典型的SSPPs传输线、微带线和共面波导进行了对比。传输线的导体损耗及介质损耗与单边梳状传输线及孔形传输线接近。最后,对传输线进行了加工与测试。传输线的测试结果与仿真结果接近,表明其可以支持SSPPs的传输。此外,通过改变金属条带的宽度可以构成全开放和半开放的传输结构,以适应不同类型的集成电路。第三,提出了一种基于SSPPs结构及基片集成波导(SIW)结构的单层基片集成模式复合传输线。首先,分析了模式复合传输线内部及外表面的色散特性、场分布及传输特性,其内部和外表面的色散特性均可以通过多个几何参量来调节,使其具有很强的工程适用性。然后,讨论了传输线内部和外表面的电路模型,并通过对比验证了电路模型获取色散特性及传输特性的有效性。接着,仿真研究了内部和外表面传输线的导体损耗和介质损耗,并与典型的传输线进行了对比。内部传输线的导体损耗及介质损耗明显高于微带线和SIW,外表面传输线的导体损耗及介质损耗与双边梳状传输线及铆钉状传输线接近。最后,对内部及外表面传输线进行了加工与测试。传输线的测试结果与仿真结果基本吻合,内部传输线在5.5-10.0GHz范围内的插入损耗为1.77±0.64dB,外表面传输线在2.0-6.0GHz范围内的插入损耗为3.21±1.22dB。模式复合传输线充分利用了SIW和SSPPs的优势,其内部和外表面以不同模式传输。内部传输线适合作为高频传输线,而外表面传输线则适合作为低频传输线,且都具有良好的传输效果。模式复合传输线结构简单,易于加工与集成,在多频微波及无线通信系统中具有广阔的应用前景。第四,对互补梳状单元和微带型互补梳状单元所支持的奇模和偶模SSPPs进行了研究。首先,分析了两种单元结构所支持的奇模和偶模的色散特性和电场分布,提出了不同的过渡结构并实现了互补梳状传输线和微带型互补梳状传输线的奇模和偶模传输。然后,对传输线进行了加工与测试。传输线的测试结果与仿真结果基本吻合,表明了所提出的过渡结构均实现了高效转换。测试结果表明,在3.0-10.0GHz范围内,奇模互补梳状传输线的插入损耗为2.58±1.67dB,奇模微带型互补梳状传输线的插入损耗为2.58±1.23dB。在5.0-16.0GHz范围内,第一种偶模互补梳状传输线的插入损耗为3.65±1.33dB,第二种偶模互补梳状传输线的插入损耗为3.60±1.25dB。在2.0-12.0GHz范围内,偶模微带型互补梳状传输线的插入损耗为1.66±1.18dB。接着,将缺陷地结构加载到微带型互补梳状传输线中,分析了相同缺陷地结构对奇模和偶模传输线的影响,并提出具有陷波特性的微带型互补梳状奇模及偶模传输线。最后,对具有陷波特性的奇模及偶模微带型互补梳状传输线进行加工与测试。传输线的测试结果与仿真结果基本吻合,奇模传输线的陷波频率为5.3GHz,偶模传输线的陷波频率为5.6GHz和9.2GHz。传输线的陷波频率由缺陷地的几何参量决定,具有占用电路面积小、集成度高的优点。第五,提出了基于孔形传输线及正弦调制阻抗表面的SSPPs单波束及双波束漏波天线,其通过对孔形传输线的单元结构进行正弦调制来实现。首先,分析了所采用孔形传输线的色散特性及传输特性。然后,提出并研究了基于孔形传输线的单波束漏波天线,并将两种辐射角度不同的单波束漏波天线组合设计出了双波束的漏波天线。最后,对单波束及双波束漏波天线进行加工与测试,其测试结果与仿真结果接近。测试结果表明,单波束漏波天线在9.5GHz、10.0GHz及10.5GHz所对应的辐射方向角分别为15.71o、20.0o和25.71o,双波束漏波天线在9.5GHz、10.0GHz及10.5GHz时波束1所对应的辐射方向角分别为14.29o、18.57o和24.29o,波束2所对应的辐射方向角分别为22.86o、28.57o和32.86o。两款漏波天线均具有良好的波束定向性及频率扫描特性,可以应用于导航系统及封闭建筑物内的通信系统中,并为将来组建基于SSPPs的系统奠定了基础。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 沈森松
导师: 徐军
关键词: 人工表面等离子体激元,传输线,奇模,偶模,漏波天线
来源: 电子科技大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,无线电电子学,电信技术
单位: 电子科技大学
分类号: O441.4;TN822.6
总页数: 137
文件大小: 7867K
下载量: 410
相关论文文献
- [1].关于行波结构辐射机理及新型漏波天线研究[J]. 通讯世界 2017(01)
- [2].基于四层等离子激元结构的椭球孔阵列光学漏波天线(英文)[J]. 光子学报 2018(02)
- [3].基于分形的宽带漏波天线研究[J]. 空间科学学报 2019(05)
- [4].X波段高功率微波一维相扫漏波天线阵[J]. 强激光与粒子束 2014(07)
- [5].中部开周期性缝隙的微带漏波天线及其在微带漏波天线小型化中的应用[J]. 电子工程师 2008(05)
- [6].一种利用HFSS萃取漏波天线传播常数的办法[J]. 微波学报 2018(S1)
- [7].一种适用于定频波束扫描微带漏波天线小型化的仿真研究[J]. 中山大学学报(自然科学版) 2009(02)
- [8].基于一维复合左/右手传输线的电控漏波天线[J]. 信息工程大学学报 2010(03)
- [9].基于复合左右手共面波导的双边辐射漏波天线[J]. 华南理工大学学报(自然科学版) 2011(03)
- [10].宽带低交叉极化超材料漏波天线的设计[J]. 雷达科学与技术 2019(02)
- [11].一种新型定频波束可调微带漏波天线的仿真研究[J]. 电波科学学报 2008(04)
- [12].基于Minkowski分形CRLH结构的微带漏波天线[J]. 压电与声光 2013(05)
- [13].加载人工电磁结构的增益增强型圆极化频扫天线[J]. 微波学报 2018(S1)
- [14].基于不同等效面的漏波天线辐射特性研究[J]. 电波科学学报 2014(02)
- [15].基于半模基片集成波导的宽角扫描漏波天线[J]. 光通信研究 2020(05)
- [16].平面漏波天线综述[J]. 微波学报 2013(Z1)
- [17].左手材料在天线中的应用研究进展[J]. 材料导报 2011(07)
- [18].基于人工表面等离激元的圆极化漏波天线[J]. 光通信研究 2020(03)
- [19].双层介质周期漏波天线的辐射特性分析[J]. 现代雷达 2008(05)
- [20].双波段共享孔径天线Fabry-Perot谐振腔的设计[J]. 华侨大学学报(自然科学版) 2014(01)
标签:人工表面等离子体激元论文; 传输线论文; 奇模论文; 偶模论文; 漏波天线论文;