互补开环谐振器/互补螺旋谐振器在微波器件设计中的应用

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作为构成左手材料的基本单元，开环谐振器（SRR）和互补开环谐振器（CSRR）及相关各种结构的谐振器的介电常数或磁导率为负，因此表现出奇特的电磁特性，是近年来的研究热点之一，被大量用于设计天线及微波器件（滤波器，频率选择表面，功率分配器，耦合器等）。大规模封装集成是系统发展的必然趋势，但许多无源器件，由于特殊的工作原理和性能要求，不能被完全地封装集成，故对其进行小型化成为急需解决的问题。本文用互补开环谐振器（CSRR）和互补螺旋谐振器（CSR）实现微波器件的小型化，本质上是通过加载CSRR和CSR得到强散射，使得信号的波长在特定的频率大幅减小，从而减小微波器件的尺寸。论文创新及有价值的工作主要包括三个方面：第一，研究了互补螺旋谐振器（CSR）结构，与CSRR相比，在同一频率下，CSR单元尺寸约是CSRR的单元尺寸的一半，具有更好的小型化效果。研究了CSR的等效电路模型，将其与开环谐振器SRR、螺旋谐振器SR、互补开环谐振器CSRR的等效电路进行对比，指出它们共性和差异。研究了基于CSR的人工传输线，指出其具有的通带及阻带特性，并结合等效电路模型和仿真方法对影响该特性的参数进行分析。第二，利用基于CSRR和CSR的左手传输线所具有的通带和慢波特性，用基于CSRR和CSR四分之一波长传输线，替换传统的四分之一波长传输线，以达到减小物理尺寸的目的。基于这一思想，设计了基于CSRR和CSR的wilkinson功率分配器，基于CSR的微带3dB定向耦合器和180度混合网络共四款微波器件，并分别制作了实物，测试结果与仿真结果吻合，验证了设计的正确性。基于CSRR和CSR的wilkinson功率分配器与传统设计相比,面积分别为原来的65%和27%，基于CSR的定向耦合器和180度混合网络与传统设计相比,面积分别为原来的22%和32%,证明了CSR用于小型化的可行性。第三，研究了CSR级联的阻带特性，将其应用到低通滤波器的设计中，大幅抑制了阻带，得到良好的衰减特性，并在截止频率附近得到陡峭的响应曲线。设计了基于CSR/CSRR的SIW基片集成波导谐振腔，当CSR/CSRR的谐振频率低于SIW谐振腔通带下边频时，由于 CSRR/CSR的谐振特性，在原来谐振腔的截止频带打开了一个新的频率可控的通带。

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作者
宋晗;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科电磁场与微波技术
授予学位硕士
导师姓名刘少斌;
年度 2011
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类基本电子电路;机车工程;
关键词
开环谐振器; 螺旋; 微波; 器件设计;

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