基于人工电磁材料的滤波器研究课件.pptVIP

* 基于人工电磁材料 滤波器技术研究 学生姓名：蒋骏杰 指导老师：蒋迪 研究的主要部分 一 选题的背景和目的 二 研究的原理和过程 三 研究的结论和不足 一 选题的背景和目的 1.人工电磁材料的概念 人工电磁材料(Electromagnetic metamaterial)是指在自然界中本身并不存在或者没有发现，而是由人们根据电磁学理论的推导计算所设计并制作出来的，具有非常规的电磁属性的人造媒质或材料。由于它通常是由两种或者两种以上的自然物质(通常是金属和介质)按照特定的规则组合而成，所以也有学者把它叫做复合材料(composite material); metamaterial一词本身也表达了“混合的”、“合成的”材料的含义。但是在科学研究中，为了突出被研究对象的本质，把这些新型的材料统一定名为“人工电磁材料”，是非常贴切的。 2.HFSS的简介 研究人工电磁材料大多需要用到HFSS进行仿真，在此，对HFSS进行介绍。 HFSS(High Frequency Structure simulator)是美国故soft公司在20世纪80年代推出的一款微波技术的EDA软件，是基于电磁场有限元法 (Finite Element Method，FEM)来分析微波工程问题的三维电磁仿真软件。 HFSS拥有无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术，使其成为业界公认的高频结构设计软件，是众多工程师进行三维电磁场仿真的首选工具和行业标准。 HFSS提供了简洁直观的用户设计界面，精确自适应的场求解器，功能强大的后处理器，并且能计算出任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。HFSS拥有自动匹配网络产生及加密、ALPS(Adaptive Lanczos Pade Sweep)、切线向矢量有限元和模式-节点转换(Mode-node)等先进技术，从而使操作人员可利用这些技术在电脑中对任意形状的三维无源结构进行电磁场仿真。 作为一个微波工程设计“平台”，HFSS已经被广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域。 HFSS的流程图 主要任务：仿真设计基于人工电磁材料的带通滤波器，学习电磁场全波仿真软件，熟练使用仿真软件，并运用优化功能，学习使用画图工具，了解整个微波器件加工流程，熟悉各类微波测试仪器。在硬件条件满足的情况下，加工并测试微波器件！ 预期成果或目标：仿真优化设计基于人工电磁材料的宽带带通滤波器，插入损耗小，频带宽。 3.研究的主要任务和目标 二 研究的原理和过程 1.人工电磁材料的等效电磁参数的提取 用S参数即介质板的反射和透射系数提取人工电磁材料的等效电磁参数一直被认为是一套行之有效的方法，其中把有限厚度的人工电磁材料的介质板看作是厚度相同的均匀媒质。但是，由亚波长单元组成的人工电磁材料不同于均匀材料，传统的提取方法在一定程度上不够准确。下节将提出一种改进的方法计算非均匀的人工电磁材料的等效电磁参数。但是需要看到，无论是传统的方法还是改进的方法，都离不开介质板的反射和透射系数。 传统的方法中，认为沿波的传播方向上，每个单元的等效电磁参数是相等的，所以只需要得到一组等效电磁参的值即可，常用一个单元的s参数进行计算。S参数可用商业软件HFSS或CST仿真得到，其仿真结构设置如图所示。通过仿真计算可以得到SRR等效电磁参数曲线图和ELC等效电磁参数曲线图如下页。 SRR等效电磁参数曲线图 ELC等效电磁参数曲线图 通过上面的两张图我们可以明显看出，两者的等效电磁参数不同。 由此，可知人工电磁材料都是由多个亚波长谐振单元结构组成，并且单元间的间距很小，通常小于或等于单元周期的五分之一，所以多个单元间尤其是相邻单元间的相互祸合对场的影响不能忽略，这也必将影响到等效电磁参数，那么用传统方法计算得到的等效电磁参数就会不准确。 2.滤波器的概述 滤波器，顾名思义，是指对波进行过滤的器件。“波”是一种非常广泛的定义，在电子技术通信领域，“波”被狭义地局限为特指描述各种物理量的取值随时间变化起伏的过程，一般称之为信号。那么，滤波器就是一种对信号具有频率选择特性的二端口网络。滤波器的基本作用是在电路和电子系统中使频率有选择性地通过，并抑制不必要或有害的频率。滤去镜频干扰、衰减噪声、频分复用以及高性能的震荡、放大、倍频和混频电路中，无不需要滤波器来实现。 3.滤波器的基本结构 总的来讲，滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而使另外一部分频率的信号受到较大的抑制，实质上，它是一个选频电路。 1)按所传输的信号分: a.模拟滤波器 传输、处理模拟信号的