一维和二维电磁带隙结构滤波特性的研究

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1、四jlI大学硕士学位论文培养单位指导教师专业研究方向授予学位日期完成日期—20—06年一5月兰选盥㈣鲻摘要～维和二维电磁带隙结构滤波特性的研究无线电物理专业研究生许小玲指导教师刘长军电磁带隙(ElectromagneticBandGap，简称EBG)结构是一种具有带阻特性、慢波特性、高等效阻抗特性的周期性微波电磁结构。它可以抑制特定频率的电磁波在某个方向的传播，已经被广泛地应用在滤波器、谐振腔等微波电路及天线结构中。针对不同的EBG结构，应该采用不同的模拟方法，本文采用了时域有限差分(FDTD)和有限元(FEM)两种方法。时域有限差分法具有一次时域计算代替频

2、域上逐点计算等优点，在仿真器件宽频带响应方面具有独特的优势，但计算精度相对较差。有限元法采用自适应网格剖分和子网格技术，对于处理包含复杂形状和非均匀媒质的问题，仿真准确、计算效率高，具有较好的应用前景。论文结合国内外EBG结构数值仿真的发展趋势，利用计算机仿真，对EBG结构进行了数值模拟，分析了EBG结构的滤波特性，提出了新的研究方法，并将计算结果与理论值、实验数据进行了比较和分析。具体做了以下几项工作：本文提出了介质等效法，分析了导带周期变化的微带EBG结构。介质等效法简便易行、无须大量计算，是该类型微带滤波电路的一种简便、快捷的设计方法。其实验结果与仿真

3、结果有较好的一致性．对设计出体积小、重量轻的新型高性能滤波器具有一定的实用价值。DGS(DefectedGrounds臼眦n聃)是由EBG结构发展而来的非周期性或周期单元很少的微波结构，本文根据DGS的单极点低通特性和等效电路理论，提取了DGS的等效电路参数，并应用DGS的单极点和高阻抗特性设计了三阶契摘要比雪夫低通滤波器。实验结果与仿真结果符合的比较好。本文结合周期边界条件，采用时域有限差分法编写程序进行模拟计算，对由正方形金属柱构成的二维EBG结构的传输特性进行了分析，得到了不同频率的平面电磁波在不同角度入射时，二维金属EBG结构的传输参数，获得了EBG

4、结构的电磁特性。通过改变金属方柱的边长和间距，得到了EBG结构的阻带中心频率的变化规律，进而得到了拟合公式。验证结果表明该拟合公式具有较好的可靠性和较高的精度，可以用于EBG结构的应用研究。关键词：时域有限差分法；有限元法：电磁带隙；微带滤波器；缺陷地结构；Floquet定理IIAbstractAStudyOil1-Dand2-DElectromagneticTransmissionCharacteristieofEBGStructureMajor：RadioPhysicsGraduatestudent：XuXiaolingAdvisor：LiuChangj

5、unEBG(ElectromagneticBandGap)structureisakindofperiodicstructurethathassomespecialcharacteristics，suchasbandstop，slowwavc，andhigheffectivecharacteristicimpedance．Itcansuppressthepropagationofelectromagneticwavesofaspecifiedfrequencybandatadirection．EBGstrnctureshavebeenusedwidelyfo

6、rdesignofmicrowavecircuitsandantenp．益．DifferentmethodisadoptedtoanalyzedifferentstyleofEBGst／'uctures．FDTD(Finite·-DifferenceTime-Domain)andFEM(FiniteElementMethod)areadoptedinthispaper．Uptonow,FDTDmethodhastheadvantagesinelectromagneticsimulation,suchascomputationonceintimedomaint

7、oachievefrequencydomainresults，andalsohasbetterperformanceinwidebandsimulation．However,lowpreciseisshortcomingofFDTDmethod．WhileFEMadoptsadaptivegriddingmeshandsub-鲥ddingtechnology,itiseasilytodealwitllcomplicatestructureandinhomogencousmedium．FEMhastheadvantageslikemoreaccuratesim

8、ulatingresultsandhighcompu