1、 目录目录 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 . 13 3
2、.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）本科毕业设计（论文） 第 1 页 共 30 页 1 1 绪论绪论 1.1 1.1 研究的背景及意义研究的背景及意义 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的快
3、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。人工电介质的研究及实际工程应用可 以追溯到上世纪 40-
4、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 1.2 国内外人工介质结构研究概况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。
