1、 目录 1 绪论 . 1 1.1 研究的背景及意义 . 1 1.2 国内外人工介质结构研究概况 . 1 1.3 本课题的主要工作 . 3 2 光子晶体简介 . 4 2.1 光子晶体起源 . 4 2.2 光子晶体的基本特性 . 5 2.3 光子晶体的物理基础 . 6 2.4 光子晶体的周期性描述 . 6 2.5 光子晶体中的 Maxwell 方程 . 6 2.6 Bloch-Floquet 原理 . 7 2.7 能带结构 . 8 2.8 微波频段的光子晶体 . 9 3 基片集成人工介质的电磁带隙特性分析方法 . 13 3.1 基片集成人工介质的基本结构 . 13 3.2 仿真软件 HFSS .
2、13 3.3 仿真软件 CST . 14 3.4 悬置微带线法 . 15 3.5 波导模型仿真 . 16 3.6 色散模式法 . 17 4 SIAD 结构参数与带隙特性的关系 . 19 4.1 金属柱高度的影响 . 19 4.2 金属柱直径的影响 . 20 4.3 周期单元的影响 . 24 4.4 介电常数的影响 . 26 致谢 . 28 参考文献 . 29 本科毕业设计（论文） 第 1 页共 30 页 1 绪论 1.1 研究的背景及意义 在 20 世纪年 50 代初以前 ,所有的微波设备几乎都是采用金属波导和同轴线电路 。 随着 大规模和超大规模集成电路技术 ,新型电子材料技术和封装互连技术
3、的快速发展 ,现代军用和民用电子装备正在向小型化 ,轻量化 ,高可靠 ,多功能和低成本方向发展 ,尤其对机载 ,舰载和星载等电子装备 、 实现小型化 、 轻量化对于提高其电性能指标和灵活机动性更为关键 。 作为电子装备前端的微波电路与系统已在现代通讯导航系统 ,民用和军用雷达中广泛应用 ,其电气性能和物理结构对整个电子装备的性能有着举足轻重的影响 ,要求微波电路和系统做到小型 、 轻量 、 性能可靠 、 从而兴起 了全球范围内对新结构 、 新工艺 、 新材料的研究热潮 。 人工电介质结构是在自然界存在的电介质中人为地掺杂金属颗粒 ,改变其电磁特性 ,进而形成满足特定需要的一类人工介质 。 人工
4、电介质的研究及实际工程应用可以追 溯到上世纪 40-60 年代 ,许多学者 ,如 kock、 cohn、 collin 等 ,做了大量研究 ,其中大部分研究工作旨在为透镜天线提供更轻巧的天线罩 。 由于体积原因和制作工艺复杂 ,这些早期的人工电介质应用范围有限 。 近年来 ,人工电介质更多地用于改变介质材料的特性 ,例如通过加入金属导带阵列来增加人工电介质的有效介电常数 。 当然 ,也可以减人工电介质的有效介电常数 ,甚至使其小于 1。 这主要用于改善漏波天线的辐射特性。人工电介质还被广泛用于构造各种人工材料表面，如高阻抗表面，减反射涂层等。异向介质 (metamaterial)和光子带隙结构
5、也属于人工介质材料，近年来得到了世界范围内的广泛关注和研究。 1.2 国内外人工介质结构研究概况 基片集成人工介质 (Substrate Integrated Artificial Dielectric, SIAD)结构是 2007 年由 M. Coulombe 等人提出的一种新型人工介质材料。它是由两层介质构成，在下面一层电介质中加入许多金属柱，这些金属柱排列成方阵并与最下面的接地板相连，金属柱的大小和间距远小于导波波长。上面一层电介质起隔离作用，微波电路就制作在上层电介质上面。与原始两层电介质 (下层电介质中不加金属柱 )的本构参数相比，由于下层电介质中金属柱的存在，通过改变金属柱的几何参数 (直径、高度和间距等 )可以
