本文關(guān)鍵詞：基于超介質(zhì)的高增益射頻天線技術(shù)研究與設(shè)計

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【摘要】：電磁超介質(zhì)被提出后便由于其特殊的電磁特性得到了廣泛的關(guān)注,并且電磁領(lǐng)域內(nèi)的眾多學(xué)者對其進(jìn)行了大量深入的研究。但是這些研究主要集中在三維塊超介質(zhì),三維超介質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在天線設(shè)計中很難實現(xiàn)共形設(shè)計。近年來,超表面的提出解決了這一問題,超表面作為超介質(zhì)的延伸和拓展,其是由超介質(zhì)單元結(jié)構(gòu)陣列構(gòu)成的二維薄層平面。按照特定的方式組合不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的超介質(zhì)單元結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對電磁波反射/傳輸相位、極化方式、傳播模式等特性的調(diào)控。通過加載不同性質(zhì)的超表面可以改善天線的特性。射頻識別作為一種當(dāng)前廣泛應(yīng)用的自動識別技術(shù),要求讀寫器天線具有寬帶、圓極化和高增益的特性,然而常見的天線總是存在著這樣或那樣的不足,限制了其使用范圍。5.8GHz頻段作為RFID應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中的頻段之一,具有背景噪聲小,數(shù)據(jù)傳輸效率高的特點(diǎn),常被應(yīng)用于電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)、倉儲物流系統(tǒng)等。常見的5.8GHz頻段天線存在著面積較大、極化帶寬窄、增益小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。本論文根據(jù)超表面的基本理論,并結(jié)合色散模式圖對超表面進(jìn)行了深入的研究。同時,將超表面應(yīng)用于微帶縫隙天線實現(xiàn)了天線的寬帶化和圓極化特性,以及該天線具有高增益和低剖面的特性。本論文主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.采用傳輸線模型和空腔模型理論,分析了典型超表面單元結(jié)構(gòu)的色散特性,通過對比理論計算和數(shù)值模擬仿真得到的不同個數(shù)單元結(jié)構(gòu)的色散曲線,驗證了仿真模型的正確性。進(jìn)一步通過模型仿真得到指定工作頻率(5.8GHz)的超表面單元結(jié)構(gòu)參數(shù)。2.通過研究微帶縫隙天線接地板與超表面金屬貼片之間的電場分布,分析了超表面加載微帶縫隙天線實現(xiàn)寬帶特性的機(jī)理。在該理論的指導(dǎo)下,實現(xiàn)了微帶縫隙天線的寬帶化,同時提高了微帶縫隙天線的增益,改善了微帶縫隙天線的方向圖。通過加工測試進(jìn)一步的驗證了該理論的正確性。3.依據(jù)二正交線極化波可合成圓極化波的理論方法,設(shè)計實現(xiàn)了兩種極化模式轉(zhuǎn)換超表面——切角型超表面和單邊延長型超表面,并通過等效電路理論分析了這兩種超表面實現(xiàn)極化模式轉(zhuǎn)換的可行性。4.通過超表面實現(xiàn)寬帶特性的原理和上面設(shè)計實現(xiàn)的兩種極化模式轉(zhuǎn)換超表面,設(shè)計了兩款基于微帶縫隙天線的寬帶圓極化天線,同時具有高增益和低剖面的特性。并對切角型超表面加載微帶縫隙天線進(jìn)行了仿真優(yōu)化設(shè)計和物理實驗測試對比,設(shè)計天線的測試阻抗帶寬為4.7~6.5GHz,相對阻抗帶寬達(dá)到32%,仿真的相對帶寬為38%,測試軸比帶寬為5.3~6.5GHz,相對軸比帶寬達(dá)到20%,仿真的相對軸比帶寬為20.8%,測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。本論文設(shè)計了加載超表面的微帶縫隙天線,不僅實現(xiàn)了微帶縫隙天線的寬帶化和圓極化特性,而且還具有剖面低、增益高和加工簡單的特點(diǎn)。上述研究成果為縫隙天線的寬帶化和圓極化提供了新思路,能很好的應(yīng)用于無線局域網(wǎng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、車輛無線自動識別系統(tǒng)和不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：超表面 寬帶 圓極化 高增益
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN822
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 研究背景與意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 微帶天線的研究進(jìn)展15-16
• 1.2.2 超表面的研究進(jìn)展16-17
• 1.2.3 超表面在微帶天線中的應(yīng)用17
• 1.3 論文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排17-20
• 第二章 微帶天線的基礎(chǔ)理論20-36
• 2.1 天線的基本參數(shù)20-25
• 2.1.1 天線的方向圖和方向性系數(shù)20-22
• 2.1.2 天線的方向增益與功率增益22
• 2.1.3 天線的阻抗和帶寬22-23
• 2.1.4 天線的極化23-25
• 2.2 微帶天線和縫隙天線基本理論25-32
• 2.2.1 微帶天線的分類25-26
• 2.2.2 微帶天線的輻射機(jī)理26-28
• 2.2.3 微帶縫隙天線的分析28-32
• 2.2.4 軟件仿真分析32
• 2.3 微帶天線的饋電32-35
• 2.3.1 微帶線共面饋電32-33
• 2.3.2 同軸線饋電33-34
• 2.3.3 臨近耦合饋電34
• 2.3.4 共面波導(dǎo)饋電34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 超表面的理論和設(shè)計36-50
• 3.1 超表面的基本理論36-37
• 3.1.1 超表面的傳輸線模型36-37
• 3.1.2 超表面的空腔模型37
• 3.2 超表面結(jié)構(gòu)單元的仿真37-44
• 3.2.1 超表面結(jié)構(gòu)單元的仿真模型38-40
• 3.2.2 超表面結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)研究40-44
• 3.3 超表面對微帶縫隙天線帶寬的展寬分析44-46
• 3.4 極化轉(zhuǎn)換超表面的設(shè)計與分析46-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第四章 加載超表面的微帶縫隙天線的設(shè)計50-69
• 4.1 微帶縫隙天線的設(shè)計50-52
• 4.2 寬帶微帶縫隙天線的設(shè)計52-57
• 4.3 加載切角型超表面的微帶縫隙天線的設(shè)計57-62
• 4.3.1 加載天線的設(shè)計57-58
• 4.3.2 加載天線的優(yōu)化58-60
• 4.3.3 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對天線性能的影響60-62
• 4.4 加載單邊延長型超表面的微帶縫隙天線的設(shè)計62-67
• 4.4.1 加載天線的設(shè)計62-64
• 4.4.2 加載天線的優(yōu)化64-65
• 4.4.3 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對天線性能的影響65-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 第五章 天線測試與結(jié)果分析69-77
• 5.1 測試環(huán)境介紹69
• 5.2 天線測試結(jié)果分析69-76
• 5.2.1 微帶縫隙天線測試結(jié)果分析69-71
• 5.2.2 寬帶微帶縫隙天線測試結(jié)果分析71-73
• 5.2.3 加載切角型超表面微帶縫隙天線測試結(jié)果分析73-75
• 5.2.4 誤差分析75-76
• 5.3 本章小結(jié)76-77
• 第六章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 全文總結(jié)及主要貢獻(xiàn)77-78
• 6.2 需要進(jìn)一步深入研究的問題和展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果83-84

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本文編號：909936