金屬EBG結(jié)構(gòu)與波導(dǎo)模式分析.pdf

1、近些年來，人造金屬周期性結(jié)構(gòu)在微波頻段表現(xiàn)出的電磁帶隙(EBG)特性，使得微波毫米波波段金屬EBG器件得到越來越深入的研究。金屬EBG微波器件具有損耗小，散熱好的特點(diǎn)，尤其適合于工作頻率高、能量密度大的場(chǎng)合，在民用及軍事領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。金屬電磁帶隙結(jié)構(gòu)及模式分析是研究和設(shè)計(jì)金屬EBG器件的基礎(chǔ)。 本文首先從Maxwell方程出發(fā)，介紹了分析金屬EBG結(jié)構(gòu)的兩種理論方法，平面波展開法(PWE)及時(shí)域有限差分法(FDTD)，并分

2、別進(jìn)行了詳細(xì)的討論。本文又提出，可將固體物理中對(duì)稱性分析方法引入到EBG結(jié)構(gòu)分析中，介紹了群論的基本概念和原理。 接著，本文對(duì)金屬EBG結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值分析。建立了二維金屬周期性結(jié)構(gòu)FDTD分析模型，分別獲得二維方格型及三角型金屬周期性結(jié)構(gòu)電磁帶隙的數(shù)值分析結(jié)果。研究了平面金屬EBG波導(dǎo)的模式問題，分析了方格型及三角型格點(diǎn)平面EBG波導(dǎo)中主要導(dǎo)波模的本征值及模式特性。對(duì)基于金屬EBG結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單器件——T型分路器進(jìn)行了仿真，所獲得的電

3、磁波傳輸?shù)慕Y(jié)果與直接獲得的帶隙計(jì)算結(jié)果一致。 本文利用群論的方法，對(duì)方格型及三角型兩種格點(diǎn)形式的二維周期性結(jié)構(gòu)模式問題進(jìn)行了定性分析，并將群論的分析結(jié)果與PWE數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，兩者表現(xiàn)出了良好的一致性，從而驗(yàn)證了群論方法在周期性結(jié)構(gòu)模式對(duì)稱性分析中的有效性。 最后，本文深入分析了縱向均勻金屬EBG波導(dǎo)的模式問題，研究了波導(dǎo)中主要導(dǎo)波模的模場(chǎng)分布和基本特性，以及波導(dǎo)中心缺陷尺寸及波導(dǎo)壁層數(shù)對(duì)模場(chǎng)分布的影響。所得主要