【摘要】：左手材料是新型人工電磁材料,區(qū)別于傳統(tǒng)右手材料,左手材料具有很多奇異的電磁特性,因此國內(nèi)外研究者對于左手材料的研究和應用十分關注。大多數(shù)左手材料都是基于傳統(tǒng)的開口諧振環(huán)以及豎直金屬棒發(fā)展而來的雙面對稱左手材料,這類左手材料具有明顯的缺點:可調(diào)參數(shù)少、損耗大、尺寸較大并且左手頻帶較窄,因此極大限制了左手材料在微波器件上的應用。論文主要是針對單面非對稱的左手材料單元結(jié)構(gòu)系列的設計及在天線上的應用展開,并著重討論研究了加載不同的拓撲結(jié)構(gòu)對于電磁性能的影響,同時通過在天線上加載左手材料,并且研究了不同加載方式對于天線參數(shù)性能的影響。本文的主要研究工作概括如下:1.提出了基于G形左手材料系列單元結(jié)構(gòu),并進行了多通帶優(yōu)化設計:首先提出了一個非對稱的G形左手材料單元結(jié)構(gòu),它是由上下圓弧和中間長金屬棒、橫向耦合金屬棒組成。結(jié)構(gòu)的初始諧振頻點在5.16GHz,左手特性頻段為5.0～5.25GHz,雙負帶寬為250MHz。接著通過加載拓撲結(jié)構(gòu)的思路,分別得到加載縫隙、枝節(jié)和環(huán)形的G形左手材料,其中加載環(huán)形G形左手材料可以在縮小尺寸的情況下拓展左手特性帶寬。然后對翻折對稱后的結(jié)構(gòu)進行了研究,得到二元G形結(jié)構(gòu)左手材料,并進一步對電流分布分析優(yōu)化,加載連接枝節(jié),實現(xiàn)二分頻雙通帶左手材料,即4.24～4.56GHz和6.28～6.34GHz。接著通過加載不同尺寸單元的思路,在相對較寬的等效負介電常數(shù)的頻帶上激發(fā)不同的磁諧振產(chǎn)生多通帶左手特性,進一步得到了四元三通帶的G形左手材料結(jié)構(gòu)。最后對四元G形左手材料結(jié)構(gòu),分析了缺陷對稱的加載方式對左手材料造成的影響。2.提出了基于樹葉形左手材料系列單元結(jié)構(gòu),并進行了分布式加載改進研究:首先設計了一款非對稱的樹葉形左手材料,結(jié)構(gòu)的左手特性頻段為5.77～6.17GHz,左手特性絕對帶寬為400MHz。沿用第三章的左手分頻設計技巧及理論,通過不同結(jié)構(gòu)尺寸激發(fā)出的不同磁諧振可以實現(xiàn)多通帶左手特性的左手材料,得到四元雙頻的樹葉形左手材料結(jié)構(gòu),進一步證實了第三章研究成果。然后在樹葉形左手材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部加載新的拓撲結(jié)構(gòu),通過加載“線-線”耦合結(jié)構(gòu)可以使得結(jié)構(gòu)的有效電流路徑增大,可調(diào)參數(shù)增多,諧振頻點和左手特性帶寬向較低頻段移動,更加切合實際應用。保持“線-線”耦合結(jié)構(gòu)不變,可以在結(jié)構(gòu)的尾翼加載“環(huán)-環(huán)”拓撲結(jié)構(gòu)達到要求。最后分析了左右枝節(jié)的夾角和內(nèi)外環(huán)縫隙之間的寬度對于左手材料雙負特性的影響,從而可以通過靈活的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的各項參數(shù),使其工作在第五代移動通信頻段。3.初步探索研究了左手材料在不同天線上的應用:首先設計了一款加載G形左手材料的單極子天線,從而實現(xiàn)了雙頻天線。進而研究了加載具有不同數(shù)量通帶的左手材料對于超寬帶天線性能的影響,成功的將原天線工作帶寬2.93～9.42GHz拓展為2.2～10.61GHz,同時可以得到應用在5G雙頻段和傳統(tǒng)WLAN頻段的三陷波天線。接著將雙脈絡樹葉形左手材料分別以周邊、覆蓋層的方式加載在雙頻微帶天線上,通過周邊加載的方式,天線工作在3.38GHz(5G頻段)和5.41GHz(WLAN/WiMAX高頻段),并研究了旋轉(zhuǎn)加載對于天線性能的影響。最后研究覆蓋層與基板之間的距離對天線性能的影響,同時分析了加載雙層覆蓋層之后天線的各項性能參數(shù)。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O441;TN820
【圖文】：

傳統(tǒng)的雙面左手材料結(jié)構(gòu)，不僅由于其的二維結(jié)構(gòu)導致加工制作困難，而且逡逑在對于微波器件上的應用也有很大的難度。所以，在單面同時實現(xiàn)負的等效磁導逡逑率和介電常數(shù)的蓽面左手材料是當下的研究熱點。２００５年，ＧｉｉｏＹ等人［３２１利用逡逑矩形的蜿蜒結(jié)構(gòu)，有效的增加ｊ＇電流的有效路柃，使得Ａ邋ｆ？材料的雙負頻點向低逡逑頻移動，從而使得在４．３１ＧＨｚ左右產(chǎn)生了雙負特性，如圖１－３邋（ａ）所示。２０１１逡逑年，陳春暉等人Ｍ設計了一款基于單面金屬結(jié)構(gòu)，在７．０－ｌＯ．ｌＧＨｚ實現(xiàn)了負的逡逑祈射率，并且相對左手帶寬達到了邋３６％，此外，該結(jié)構(gòu)具有良好的容錯能力，對逡逑實際應用有很大參考價值，如圖１－３邋（ｂ）所示。同年，四川大學呂清等人提逡逑出了－邋？種共面緊湊型的左手材料結(jié)構(gòu)，采用折疊方形迷宮環(huán)結(jié)構(gòu)設計方式，可以逡逑在５．８ＧＨｚ頻段附近實現(xiàn)左手特性，并且通過加載在棱鏡形狀的基板上，觀察到逡逑了負折射率的現(xiàn)象，如圖１－３邋（ｃ）所示。２０１４年，Ｇａｏ邋Ｒ等人通過“Ｕ”型金逡逑屬環(huán)和金屬棒共面放置，提出了一種能在７．５ＧＨｚ諧振的左ｐ結(jié)構(gòu)，之后分析了逡逑

基于非對稱結(jié)構(gòu)左手村料系列研究及其天線應用逡逑路，如圖１－３（心所示》２０丨７年，＼＾—１１１等人［３６｜設計了一款工作在２．２９－２．４２0也逡逑的左手材料結(jié)構(gòu)，應用于天線上之后，天線增益改善了邋８．９７ｄＢ，并且縮小了天線逡逑３９％的尺寸。由此可見，左手材料對于天線的應用價值十分巨大，如圖丨－３邋（ｅ）逡逑所示。同年廈門大學微波與光子課題組的程飛設計了一款單面蝴蝶形結(jié)構(gòu)的左手逡逑材料［３７１，該結(jié)構(gòu)由一對對稱的數(shù)字“９”金屬線并聯(lián)構(gòu)成，將彎折結(jié)構(gòu)的金屬線逡逑形成了等效電等離子體的金屬結(jié)構(gòu)，反向電流激勵出了磁諧振，最終得到了左手逡逑特性頻段為５．６４？６．６５ＧＨｚ的左手材料結(jié)構(gòu)，如圖１－３邋（ｆ）所示。雖然相對于傳逡逑統(tǒng)的雙面左手材料結(jié)構(gòu)，單面左手材料結(jié)構(gòu)可以有效的簡化結(jié)構(gòu)，使得應用加載逡逑更加方便，但是目前大多數(shù)研究都是基于對稱結(jié)構(gòu)的單面左手材料，依然存在可逡逑調(diào)參數(shù)少

在左手材料的應用當中，相對于其他微波器件領域，天線領域的應用占據(jù)著逡逑非常大的比重＝２０１１年，Ｇａｒｇ等人把Ｃ型左手材料加載在微帶貼片上，在逡逑２．４ＧＨＡ皆振頻點下比較了加載前后的性能，發(fā)現(xiàn)左手材料可以提高回波損耗６ｄＢ，逡逑并且顯著的提高了天線的增益，如圖１－８邋（ａ）所示。逡逑２０１２年，Ｌｍ等人ｔ５２ｌ該左手結(jié)構(gòu)為兩個開口諧振環(huán)，通過將其填充在介質(zhì)基逡逑板，天線的長度可以縮�。埃玻福�，并且天線的方向性得到了很大的改善，可以使＿逡逑得微帶天線１：作在４．６ＧＨｚ，改善了天線的輻射性能，但是天線的增益仍處于３ｄＢ逡逑以下，仍需進一步提升，如圖１－８邋（ｂ）所示。逡逑２０１２年，Ｗａｎｇ等人提出了覆蓋左手材料的方法，該左手材料由兩個對逡逑向三角開口諧振環(huán)構(gòu)成，通過加載兩個相同的結(jié)構(gòu)，在Ｒ０６０１０基板上，可以獲逡逑得邋２－３．７ＧＨｚ，３．８－４．９ＧＨｚ，５－６．３ＧＨｚａｎｄ７．２－１０．０ＧＨｚ邋的左手特性頻段。來加載左手逡逑材料的天線的諧振點為５．２２ＧＨｚ和５．７５ＧＨｚ，加載左手結(jié)構(gòu)之后，天線的諧振頻逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2763803