基于广义散射矩阵的周期性波导结构的泄漏特性研究

发布时间：2017-03-28 11:20

  本文关键词：基于广义散射矩阵的周期性波导结构的泄漏特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要研究了三种周期结构:基片集成波导结构(SIW)、合成泄漏波传输线和复合左右手传输线结构。针对SIW本文提出了一种基于有限元的广义散射矩阵(GSM/FEM)求解方法,其利用周期Bloch-Floquet边界,并加入完全匹配层(PML),精确的计算出SIW各种形式的复数传播常数。描述了SIW中微带线部分(或平行板部分)、矩形波导部分、介质基底等部分的电磁场分布,建立了严格的求解公式,并将上述方法用Mathematica程序实现。使用GSM/FEM方法求解的复数传播常数过程中发现的表面波泄漏现象,对SIW理论进一步完善。采用ANSYS HFSSTM软件分别建立不同参数的PCB工艺和CMOS工艺实现的SIW结构模型,并用程序实现GSM/FEM公式,同时使用三维电磁场型来模拟周期结构中泄漏波以TM0模态在介质基底中的传播现象。实验验证分为两部分。将PCB工艺模拟结果使用GSM/FEM方法进行计算,并与已发表的经典论文中报道的传播常数测试数据进行对比,验证方法的精确度。根据CMOS 130 nm 1P8M工艺规则,选用互补型传导传输线和锥形渐变模态转换器进行模态转换,制成两组SIW晶片。使用太赫兹测量系统实际测试,同时,推导去嵌入方法处理测量数据,并与理论值进行对比验证观察泄漏现象。另外,本文整理分析已发表文章中的阻带频段(Stop band),提出这个频段其实是空间谐波(Space Harmonics)耦合的复数模态区域,通过严密的场论分析,并总结前人对复数模态的描述,详细对此频段色散曲线进行分析。文章中还给出了空间谐波形式的色散曲线,并通过改变金属通孔之间间隙来观察耦合大小对复数模态的影响。通过建立三维场型分布,来观察在复数模区域模态在波导壁内外的传播情况,以及在复数模之上频段模态的传播特性。论文还研究了两种合成传输线周期结构:缺陷地泄漏波周期结构和复合左右手传输线结构。改进GSM方法对两种周期结构进行模态特性分析,并用实际测量验证了匹配电路的准确性,同时从模态和场型两方面验证了其泄漏特性。
【关键词】：基片集成波导 周期结构 广义散射矩阵 Bloch-Floquet理论
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN814
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 研究现状及现有的研究方法11-17
• 1.2.1 SIW研究现状11-13
• 1.2.2 漏波天线研究现状13-14
• 1.2.3 左手传输线研究现状14
• 1.2.4 现有研究周期结构的方法14-17
• 1.3 本文的主要贡献17-18
• 1.4 本文的结构安排18-20
• 第二章 周期性波导理论介绍20-42
• 2.1 基片集成波导理论20-28
• 2.1.1 基本结构20-21
• 2.1.2 传播特性21-26
• 2.1.3 损耗特性26-28
• 2.2 泄漏波天线理论28-30
• 2.3 左手传输线理论30-32
• 2.3.1 传输线等效电路模型和色散特性30-31
• 2.3.2 左手传输线周期结构31-32
• 2.4 周期结构分析方法32-40
• 2.4.1 全波分析矩量法32-34
• 2.4.2 BI-RME方法34-35
• 2.4.3 FDFD方法35-39
• 2.4.4 等效模型法39-40
• 2.5 本章小结40-42
• 第三章 广义散射矩阵求解方法42-66
• 3.1 GSM/FEM方法推导42-55
• 3.1.1 周期性结构42-44
• 3.1.2 广义散射矩阵44-46
• 3.1.3 不连续性和模式分析46-51
• 3.1.4 建立求解模型51-54
• 3.1.5 求解本征模态54-55
• 3.2 数值运算结果验证55-56
• 3.3 分析影响SIW能量泄漏的参数56-58
• 3.4 场型验证58-61
• 3.5 与经典文献中测试结果对比61-63
• 3.6 本章小结63-66
• 第四章 模式耦合的空间谐波研究66-82
• 4.1 SIW的布洛赫空间谐波现象66-76
• 4.1.1 模态之间的耦合66-72
• 4.1.2 复数模区域产生72-73
• 4.1.3 复数模区域特性73-76
• 4.2 模式耦合对复数模区域影响76-78
• 4.3 场型验证78-81
• 4.4 本章小结81-82
• 第五章 基片集成波导的泄漏特性验证82-98
• 5.1 使用CMOS工艺实现SIW82-91
• 5.1.1 CMOS结构建模分析82-83
• 5.1.2 馈电网络的选取83-91
• 5.2 测试结果91-97
• 5.2.3 太赫兹测试平台91-93
• 5.2.4 去嵌入方法推导93-94
• 5.2.5 太赫兹SIW测量与仿真结果对比94-97
• 5.3 本章小结97-98
• 第六章 合成传输线泄漏特性研究98-110
• 6.1 EH_1模态泄漏波天线98-102
• 6.1.1 泄漏波天线设计98-100
• 6.1.2 泄漏波EH_1模态特性100
• 6.1.3 泄漏波天线特性100-102
• 6.2 基于缺陷地的CRLH-TL泄漏特性研究102-108
• 6.2.1 CRLH-TL周期结构单元102-104
• 6.2.2 由色散曲线观察CRLH-TL泄漏特性104-106
• 6.2.3 由三维场型验证CRLH-TL泄漏特性106-108
• 6.3 本章小结108-110
• 第七章 总结与展望110-112
• 7.1 本文工作总结110-111
• 7.2 下一步工作展望111-112
• 参考文献112-124
• 发表论文和参加科研情况说明124-126
• 致谢126-127

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