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、無線通信以及無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的射頻前端部分,實現(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特特性,被廣泛應(yīng)用于微波器件。等離子體材料能實現(xiàn)對不同波段電磁波傳播的時空可調(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。本文以等離子體光子晶體的理論知識和性質(zhì)為基礎(chǔ),設(shè)計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軟件進行了仿真。這種環(huán)形器具有六個端口,同一端口入射時有五條不同的路徑,可通過改變外加磁場的方向?qū)崿F(xiàn)路徑的重構(gòu)。通過有限元方法（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）,對應(yīng)于微波頻帶中的13.62?16.14GHz�？蓪崿F(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)... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：46 頁

【學(xué)位級別】：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，目前研究已擴展到等離子體光子晶體（PPCs）這一新興領(lǐng)域，實驗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。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上增加了時變可控性和強色散特性，折射率可以通過電磁波頻率和等離子體頻率來確定，由于具有以上特點，PPCs從2004年起便受到國內(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[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實驗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)按順時針（或逆時針）傳輸，逆時針（或順時針）則隔離，稱為各向異性。由于這種特性其被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、微波通信、無線通信以及無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的射頻前端部分，實現(xiàn)收發(fā)雙工之用。環(huán)形器的原理是通過隔離輸入和輸出信號來保護源信號免受不必要的反射，傳統(tǒng)環(huán)形器使用鐵氧體材料在磁場激勵下實現(xiàn)電磁波的各向異性偏置。由于等離子體在外加磁場下表現(xiàn)出很強的各向異性，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，通過改變外磁場的方向?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，為此我進行了六端口路徑可重構(gòu)環(huán)形器的研究設(shè)計。在實際應(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。因此多端口路徑可重構(gòu)環(huán)形器設(shè)計的工?

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）中的運動類似于電子在普通晶體中的運動，這些晶體由規(guī)則的晶格陣列組成。因此，光子帶隙（PBGs）類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，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)在兩個垂直方向上分別周期排布稱為2D-PCs，常見結(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，偶爾使用其他對稱形狀，2D-PCs可以在某一平面內(nèi)的兩個方向上產(chǎn)生PBGs，從而控制光在這兩個方向的傳播；A、B兩種不同介質(zhì)在三個方向上均周期排布稱為3D-PCs，它能夠在三個維度產(chǎn)生PBGs，但目前制備工藝還不夠成熟，實用性比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】：
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. 2011(02)
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[3]氬氣放電中四邊形發(fā)光斑圖形成過程研究[J]. 董麗芳,范偉麗,李雪辰,高瑞玲,劉富成,李樹鋒,賀亞峰.  物理學(xué)報. 2006(10)



本文編號：3378419