人工表面等離子體激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,簡(jiǎn)稱SSPPs)是一種在金屬表面結(jié)構(gòu)上傳輸?shù)谋砻娌姶拍Ｊ?并且長期以來被廣泛應(yīng)用在基于行波傳輸理論的傳輸線、微波器件和天線上,而將SSPPs作為諧振結(jié)構(gòu)引入駐波天線的研究卻未見報(bào)道�；诖�,本文對(duì)基于SSPPs結(jié)構(gòu)的天線設(shè)計(jì)進(jìn)行了拓展,研究并設(shè)計(jì)了基于SSPPs結(jié)構(gòu)的三種駐波天線。相比于對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)天線結(jié)構(gòu)而言,所提出的天線在保持天線性能的同時(shí),具有顯著的小型化和易集成化的優(yōu)勢(shì)。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、研究了SSPPs傳輸線的單元齒長h和SSPPs模式的相移常數(shù)β之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了工作頻點(diǎn)在2.4 GHz的基于SSPPs的新型偶極子天線,并分析了此SSPPs偶極子天線的兩種諧振模次(奇次模和偶次模)的輸入阻抗特性,并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的通用饋電結(jié)構(gòu)。與各個(gè)諧振模次的傳統(tǒng)偶極子天線相比,SSPPs偶極子天線的天線增益基本都不變,但奇次模和偶次模天線的振子臂長分別都減少了24%和33.5%左右。本文選取半波、全波、3次模和4次模的SSPPs偶極子天線進(jìn)行了加工和測(cè)試,實(shí)測(cè)結(jié)果和仿真結(jié)果具有較好的一致性,從而驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的SSPPs天線的性能。2、設(shè)計(jì)了基于SSPPs的新型八木天線,工作頻點(diǎn)在3 GHz。首先,在確定的SSPPs激勵(lì)源的情況下,討論了 SSPPs引向器個(gè)數(shù)、間距與天線增益的關(guān)系,初步完成了 SSPPs引向器模塊的設(shè)計(jì)。其次,根據(jù)SSPPs傳輸線表面電場(chǎng)分布規(guī)律,并參照已得到的β與h的關(guān)系,設(shè)計(jì)出新型的SSPPs共面八木天線饋電結(jié)構(gòu)。與對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)八木天線相比,激勵(lì)源和引向器的振子尺寸分別減少了32%和27%,天線整體結(jié)構(gòu)的寬度W和長度L分別減少了0.17λ0和0.2λ0,同時(shí)天線增益G增加了 1.9dB。3、設(shè)計(jì)了在短振子端和長振子端饋電的基于SSPPs的新型對(duì)數(shù)周期天線。首先通過已有的對(duì)數(shù)周期天線比例因子τ和間隔因子δ的關(guān)系,初步確定了工作在2～12 GHz的對(duì)數(shù)周期天線的結(jié)構(gòu)參數(shù);其次根據(jù)已得到的與h的關(guān)系,并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)仿真優(yōu)化,完成了 SSPPs的對(duì)數(shù)周期天線的設(shè)計(jì);最后與傳統(tǒng)對(duì)數(shù)周期天線相比,在短振子端和長振子端饋電的天線最長對(duì)稱振子長度大約減少了 39.4%和34.5%,天線結(jié)構(gòu)更加緊湊,但天線增益基本保持不變。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN820
【部分圖文】：

表面等離子體激元（ＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＰｏｌａｒｉｔｉｏｎｓ，簡(jiǎn)稱ＳＰＰｓ）是光子和質(zhì)子與??金屬等離子體激元在金屬表面發(fā)生共振，產(chǎn)生的一種ＴＭ形式的表面等離子波模??式，其表面電磁場(chǎng)分布如圖１－１所示［ｎ，從圖中可以看出，ＳＰＰｓ沿著分界面向ｘ??軸正方向傳播。另外ＳＰＰｓ在傳播過程中表現(xiàn)出來的亞波長、低傳輸損耗以及對(duì)傳??輸場(chǎng)的強(qiáng)束縛性等特點(diǎn)為光學(xué)器件小型化提供了一種可能，由此吸引了國內(nèi)外眾??多科研工作者的關(guān)注，并隨之報(bào)道了許多基于ＳＰＰｓ的光學(xué)器件的研宄。然而，在??微波、毫米波和ＴＨｚ波段內(nèi)，金屬近似為理想導(dǎo)體［２４，無法形成有效的表面電子??集體振蕩，導(dǎo)致很難觀測(cè)到ＳＰＰｓ現(xiàn)象，使得ＳＰＰｓ在這些頻段的研究長期處于空??白。??Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?［??＋＋＋?＋＋＋?＾??Ｍｅｔａｌ??圖１－１光頻段ＳＰＰｓ表面電磁場(chǎng)分布圖［１］〇??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＳＰＰｓ?ｉｎ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｂａｎｄ［｜Ｊ．??２〇〇４年，Ｐｅｎｄｒｙ教授等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，通過在金屬表面刻蝕周期性分布的??亞波長“孔”或“槽”陣列，能夠在微波頻段觀察到類似于光頻段的ＳＰＰｓ的表面??電磁場(chǎng)模式１４］，填補(bǔ)了?ＳＰＰｓ在其它頻段長期的研宄空白，并將該表面電磁波模式??叫做人工ＳＰＰｓ?（ｓｐｏｏｆ?ＳＰＰｓ

?誠爹１??圖１－２微波頻段ＳＳＰＰｓ結(jié)構(gòu)圖［４］。??Ｆｉｇ．?１－２?ＳＳＰＰｓ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｂａｎｄ［４ｌ??緊跟著在２００５年，Ｈｉｂｂｉｎｓ等人在微波頻段利用新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證了??Ｐｅｎｄｒｙ教授提出的ＳＳＰＰｓ的理論推導(dǎo)［｜８】，證明了?ＳＳＰＰｓ模式和ＳＰＰｓ模式具有等??效的色散曲線圖，推動(dòng)了?ＳＳＰＰｓ結(jié)構(gòu)的研究。接著２００８年，Ｗｉｌｌｉａｍｓ等人提出了??太赫茲（ＴＨｚ）頻段對(duì)應(yīng)的ＳＳＰＰｓ結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了此結(jié)構(gòu)在ＴＨｚ頻段??實(shí)現(xiàn)了類似光頻段的ＳＰＰｓ模式［１９１，結(jié)構(gòu)示意圖如圖１－３所示，對(duì)比Ｐｅｎｄｒｙ教授提??出的微波頻段的ＳＳＰＰｓ結(jié)構(gòu)［１］，可發(fā)現(xiàn)此ＳＳＰＰｓ結(jié)構(gòu)也是通過刻蝕亞波長結(jié)構(gòu)實(shí)??現(xiàn)的ＳＰＰｓ模式，但是區(qū)別與文獻(xiàn)［１］的是，此結(jié)構(gòu)不是利用通孔實(shí)現(xiàn)的。??１??圖１－３在ＴＨｚ頻段驗(yàn)證存在人工ＳＰＰｓ所用的結(jié)構(gòu)［１９】。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｐｏｏｆ?ＳＰＰｓ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｓ?ｖｅｒｉｆｉｅｄ?ｆｏｒ?ＴＨｚ?ｂａｎｄ＂９】．??隨著各種頻段的人工表面等離子體激元結(jié)構(gòu)得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后

北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文???２０１３年，崔鐵軍教授團(tuán)隊(duì)提出了一種超薄的平面ＳＳＰＰｓ波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖１－４所示，??該結(jié)構(gòu)能夠直接在柔軟的ＰＣＢ板上刻蝕，并且當(dāng)該結(jié)構(gòu)所依附的ＰＣＢ板發(fā)生各種??形變時(shí)，此波導(dǎo)仍保持良好的ＳＳＰＰｓ傳播特性［２３］。這樣設(shè)計(jì)原理的提出大大推動(dòng)??了平面ＳＳＰＰｓ結(jié)構(gòu)的研宄，為之后基于此結(jié)構(gòu)的研宄提出了基本的設(shè)計(jì)思路。??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李錚;行波結(jié)構(gòu)輻射機(jī)理及新型漏波天線研究[D];北京交通大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 孔故生;人工表面等離激元的輻射調(diào)控研究[D];東南大學(xué);2016年

2 周亮;人工表面等離子體結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用[D];桂林電子科技大學(xué);2015年

3 田志勇;電磁兼容寬帶測(cè)量線天線研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2836963