基于PMC基底与PBG覆层的新型微带天线的研究

从结构紧凑且方向性高的目的出发,设计了一种既有完全磁导体(PMC)基底又有光子晶体(PBG)覆层的新型电磁晶体贴片天线,用全波模拟方法研究了该新型天线的输入回波损耗、辐射方向图、增益和方向性系数等性能,模拟结果表明,加入PMC结构和PBG覆层以后天线的方向性得到了很大的提高.PMC基底结构将天线的方向性系数由原来的7.0 dB提高到10.16 dB,PBG覆层结构则将天线的方向性系数提高到13.7 dB,既有PMC基底又有PBG覆层结构的新型电磁晶体天线的方向性系数被进一步提高到了14.3 dB,接近于具有相同尺寸和工作频率的天线的理论极限(14.6 dB).

PMC边界手征负折射平板波导模式特性及场分布

从理论上分析了以理想磁导体(perfect magnetic conductor,PMC)为边界的手征负折射平板波导的模式特性及其磁场的具体分布.利用PMC边界条件,导出了手征负折射波导的色散方程和磁场各分量表达式.通过波导的色散曲线发现,当手征参数κ>1时,某些区域曲线出现下凹,左旋圆极化(left circularly polarized,LCP)波的折射率为负值,实现了负折射特性,截止频率也不再是传播常数β=0所对应的频率.根据传播常数β和K_+,K__的关系,将色散曲线分为3个区域,给出了各区域一阶奇模和一阶偶模磁场的具体分布,并与一般手征媒质平板波导的磁场分布作了比较.结果发现,切向分量场H_y,H_z在上下边界处为零,满足PMC边界条件.而由于面磁流的存在,法向分量H_x在边界处不为零.

有限宽金属平板对工频磁场的屏蔽

为了定量评估金属平板对工频磁场的屏蔽效果,在阐述了理想导磁材料和理想导电材料的磁场屏蔽原理基础上,基于无限宽金属平板屏蔽区域磁场解析式,通过计算域映射,推导了有限宽金属平板屏蔽区域磁场解析式。通过仿真分析了对称三相传输线屏蔽系统,讨论了导线组排列位置、屏蔽材料类型对屏蔽效果的影响。结果表明,采用解析式,可对有限宽金属平板的屏蔽效果进行快速计算,其准确性和计算效率优于现有电磁场分析软件所采用的数值求解方法,可对实际屏蔽系统的设计提供参考。

理想间隙波导结构的理论分析

研究了新型间隙波导传输线结构,首次得到了间隙波导的解析解,并与有限元数值计算的结果进行了对比,得到了高度吻合的场曲线;通过解析解推导出间隙波导结构的特性参数,其特性阻抗的表达式与文献的表达式基本一致,从而进一步验证了解析解的正确性。该方法对其它边界条件的间隙波导的理论分析具有重大的指导意义。

UC-PBG结构创建准TEM波导的仿真分析

光子带隙(Photonic BandGap,PBG),是指人造的周期性电介质结构,它使得在一定频率范围内的电磁波是禁止传播的,而单平面紧凑型光子带隙结构(UC-PBG)是一种以微带基片为载体的周期性平面光子带隙结构。该文用UC-PBG结构置换标准矩形波导窄边,可在UC-PBG结构的谐振频率点附近将TE10模转变成准TEM模。通过对整个系统进行仿真计算,证实了此方法切实有效,在Ku波段转换带宽达到450MHz。

一种具有吸波和相位相消特性的共享孔径雷达吸波材料

提出了共享孔径雷达吸波材料(shared aperture radar absorbing material,SA-RAM)的设计方法.该方法将无源人工电磁媒质(metamaterials,MTM)的散射问题等效为有源阵列的辐射问题进行研究,利用阵列天线原理对有限周期MTM单元构成的MTM子孔径的位置信息、幅度信息、相位信息进行优化设计,实现具有不同功能的SA-RAM.在此基础上,设计了一种基于人工磁导体(artificial magnetic conductor,AMC)子孔径和完美吸波体(perfect metamaterial absorber,PMA)子孔径的SA-RAM,该SA-RAM通过将AMC子孔径与PMA子孔径交错布阵,实现了具有吸波和相位相消特性的SA-RAM.仿真和实验结果表明,该SA-RAM较金属板的后向雷达散射截面(radar cross section,RCS)在5.5—8.3 GHz都有明显的减缩,在5.54 GHz处的减缩是由于PMA的高吸波率引起的,在7.0 GHz处的减缩是由于AMC子孔径和PMA子孔径相位相消引起的.研究结果对频域和空域隐身相结合的雷达吸波材料设计具有重要的指导意义.