發(fā)布時(shí)間：2021-09-02 05:37

　　環(huán)形器是一種具有各向異性的微波器件,被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、微波通信、無(wú)線通信以及無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)的射頻前端部分,實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙工之用。傳統(tǒng)的環(huán)形器采用鐵氧體材料,多為三端口,路徑少且不可重構(gòu)。光子晶體以其可人為控制電磁波的獨(dú)特特性,被廣泛應(yīng)用于微波器件。等離子體材料能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波段電磁波傳播的時(shí)空可調(diào)性控制,將等離子體材料與光子晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起,具有比傳統(tǒng)鐵氧體材料更靈活調(diào)諧光子晶體禁帶的優(yōu)勢(shì)。本文以等離子體光子晶體的理論知識(shí)和性質(zhì)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一種基于等離子體光子晶體的六端口路徑可重構(gòu)環(huán)形器,使用COMSOL Multiphysics軟件進(jìn)行了仿真。這種環(huán)形器具有六個(gè)端口,同一端口入射時(shí)有五條不同的路徑,可通過(guò)改變外加磁場(chǎng)的方向?qū)崿F(xiàn)路徑的重構(gòu)。通過(guò)有限元方法（FEM）推導(dǎo)并分析了電磁波在二維光子晶體中的傳播方程,得到光子帶隙范圍,歸一化頻率為0.454-0.538（ωα/2πc）,對(duì)應(yīng)于微波頻帶中的13.62?16.14GHz�？蓪�(shí)現(xiàn)五條路徑最低插損分別為-0.8881dB、-1.058dB、-1.26dB、-1.1847dB和-0.397dB。在實(shí)際應(yīng)用中,路徑可重構(gòu)環(huán)形器具有節(jié)省空間,結(jié)... 

【文章來(lái)源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：46 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖

第1章緒論2制，因此與普通介電體相比，等離子體的PBGs可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。隨著等離子體在工業(yè)上的快速發(fā)展，目前研究已擴(kuò)展到等離子體光子晶體（PPCs）這一新興領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室中二維等離子體光子晶體陣列如圖1.2所示。與傳統(tǒng)的PCs技術(shù)相比，它具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在PPCs中，周期等離子體陣列代替了傳統(tǒng)PCs中的介質(zhì)或金屬陣列，在傳統(tǒng)的PC上增加了時(shí)變可控性和強(qiáng)色散特性，折射率可以通過(guò)電磁波頻率和等離子體頻率來(lái)確定，由于具有以上特點(diǎn)，PPCs從2004年起便受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注[4-7]，根據(jù)這些特性和等離子體的電子密度可調(diào)，PPCs可以利用從微波到THz波的電磁波進(jìn)行工作，在等離子體透鏡[8]、等離子體天線[9]、等離子體隱身飛機(jī)[10]等可調(diào)諧器件領(lǐng)域，PPCs技術(shù)應(yīng)用正飛速發(fā)展。圖1.2實(shí)驗(yàn)室中的二維等離子體光子晶體陣列1.2研究目的傳統(tǒng)環(huán)行器是一種重要的各向異性微波鐵氧體器件，其利用的是鐵氧體的非互易性。電磁波在其內(nèi)按順時(shí)針（或逆時(shí)針）傳輸，逆時(shí)針（或順時(shí)針）則隔離，稱(chēng)為各向異性。由于這種特性其被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、微波通信、無(wú)線通信以及無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)的射頻前端部分，實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙工之用。環(huán)形器的原理是通過(guò)隔離輸入和輸出信號(hào)來(lái)保護(hù)源信號(hào)免受不必要的反射，傳統(tǒng)環(huán)形器使用鐵氧體材料在磁場(chǎng)激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)電磁波的各向異性偏置。由于等離子體在外加磁場(chǎng)下表現(xiàn)出很強(qiáng)的各向異性，因此，我們考慮使用等離子體材料代替鐵氧體材料成為環(huán)行器的一部分，通過(guò)改變外磁場(chǎng)的方向?qū)崿F(xiàn)環(huán)行器路徑的可重構(gòu)性。傳統(tǒng)的環(huán)形器多為三端口，路徑少且不可重構(gòu)，靈活性較弱，為此我進(jìn)行了六端口路徑可重構(gòu)環(huán)形器的研究設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，路徑可重構(gòu)環(huán)形器具有節(jié)省空間，結(jié)構(gòu)緊湊，集成化程度更高等優(yōu)點(diǎn)。因此多端口路徑可重構(gòu)環(huán)形器設(shè)計(jì)的工?

第2章等離子體光子晶體結(jié)構(gòu)及特性5第2章等離子體光子晶體結(jié)構(gòu)及特性2.1光子晶體簡(jiǎn)介光子晶體是一種具有不同折射率的規(guī)則排列的材料。光子在光子晶體（PCs）中的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于電子在普通晶體中的運(yùn)動(dòng)，這些晶體由規(guī)則的晶格陣列組成。因此，光子帶隙（PBGs）類(lèi)似于普通晶體中出現(xiàn)的電子帶隙，它是電磁波在PCs中禁止傳播的頻率范圍。當(dāng)在PCs中引入晶格缺陷時(shí)，晶格缺陷將允許存在于PBGs中的具有一定諧振頻率模式的電磁波工作。2.1.1光子晶體結(jié)構(gòu)PCs按介質(zhì)周期分布的維度可分為1D-PCs、2D-PCs和3D-PCs[24]，A、B兩種不同介質(zhì)薄膜在同一方向上周期分布稱(chēng)為1D-PCs，1D-PCs的光子禁帶只能在某一方向上產(chǎn)生，1D-PCs的研究目前已經(jīng)非常透徹了，應(yīng)用如分布布拉格光柵；A、B兩種不同介質(zhì)在兩個(gè)垂直方向上分別周期排布稱(chēng)為2D-PCs，常見(jiàn)結(jié)構(gòu)分為空氣中介質(zhì)柱排列型和介質(zhì)板中空氣孔排列型，空氣中介質(zhì)柱排列型PCs是由兩個(gè)不同介電常數(shù)的介質(zhì)柱周期排列而成，而介質(zhì)板中空氣孔排列型PCs則是在均勻介質(zhì)板中周期性排布空氣孔構(gòu)成，為了便于計(jì)算和制造，介質(zhì)柱和空氣孔的截面一般都使用正圓形，偶爾使用其他對(duì)稱(chēng)形狀，2D-PCs可以在某一平面內(nèi)的兩個(gè)方向上產(chǎn)生PBGs，從而控制光在這兩個(gè)方向的傳播；A、B兩種不同介質(zhì)在三個(gè)方向上均周期排布稱(chēng)為3D-PCs，它能夠在三個(gè)維度產(chǎn)生PBGs，但目前制備工藝還不夠成熟，實(shí)用性比2D-PCs結(jié)構(gòu)稍弱一些。圖2.1光子晶體一維、二維、三維結(jié)構(gòu)圖圖2.2二維光子晶體介質(zhì)柱型和空氣孔型

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]橫磁模式下二維非磁化等離子體光子晶體的線缺陷特性研究[J]. 章海鋒,劉少斌,孔祥鯤.  物理學(xué)報(bào). 2011(02)
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[3]氬氣放電中四邊形發(fā)光斑圖形成過(guò)程研究[J]. 董麗芳,范偉麗,李雪辰,高瑞玲,劉富成,李樹(shù)鋒,賀亞峰.  物理學(xué)報(bào). 2006(10)



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