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光子晶体(Photonic Crystals or Photonic Band-gap,PBG)是一种具有频率带隙的周期介电材料,自20世纪80年代末提出概念以来受到了广泛关注,并且在微波频段得到了迅速发展。其中对光子晶体微带天线的研究是近年来兴起的一个新的研究领域,目前已成为世界各国科研工作者的研究热点。本文分别研究了光子晶体与微带天线的相关理论和研究方法,在深入研究光子晶体结构所具有的独特性质基础上,通过理论分析与仿真相结合,分别设计了基底钻孔型交叉排列异质结构光子晶体微带天线和嵌入式光子晶体环形边框微带天线,仿真结果表明光子晶体结构的应用,明显改善了天线的回波损耗、方向性和增益等性能。主要研究工作和取得的成果如下:(1)设计了基底钻孔型交叉异质结构的光子晶体微带天线。采用时域有限差分法(FDTD方法)并结合PML吸收边界条件对该天线进行研究,发现由于光子晶体的禁带效应,可以抑制微带天线基底中传播的表面波,大幅度的反射天线基底中的电磁能量,使得该光子晶体天线比原普通微带天线的回波损耗减小了10dB,带宽增加约30M,增益提高11dB,较好地改善了天线的性能。(2)研究了一种新颖的钻孔型嵌入式光子晶体环形边框微带天线。分析了高阻抗表面型PBG和介质型PBG对该新型微带天线的内在影响机理,发现由于高阻表面型PBG的局域高阻特性和介质型PBG导致异质界面处发生畸变,使得表面电流流动受到阻止,电磁波局域模高度局域化,从而形成表面波带隙,电磁波能量在某一频率附近出现较高的增益,减小天线背向辐射,增大正向辐射,提高天线增益,从而改善了天线辐射效率。(3)将基底钻孔的介质型光子晶体结构应用在具有闭合条状边框接地板的微带天线中,发现基底钻孔型光子晶体微带天线(基底底面含矩形接地框)比普通的微带天线和基底钻孔型(基底无矩形接地框)光子晶体微带天线具有更小的反射系数,能大幅度地反射天线基底中的能量,使其拥有较高增益。该研究为微带天线与光子晶体的结合提出了一种新的思路和实现途径。