本文關鍵詞：基于電磁超材料的微帶天線研究

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【摘要】：超材料(Metamaterials)是一種由亞波長的金屬結構周期排列而成的人工復合結構,它能與某些頻率的電磁波產生電諧振或磁諧振,從而具有自然界中不存在的特殊電磁特性�？茖W家們一直致力于將超材料的特殊電磁特性運用到實際工程之中。微帶天線作為無線通信系統(tǒng)中最常使用的天線之一,具有結構簡單、體積小、質量輕、剖面低、成本低、易于集成和制作等優(yōu)點。在微帶天線的設計和應用方面,超材料顯示出了巨大的潛力,比如改善微帶天線的輻射性能,以及實現微帶天線的小型化等。因此,基于超材料對微帶天線進行研究,對改善天線性能、提高通信質量具有深遠意義。本文基于電磁超材料對微帶天線的設計與應用進行了論述和研究,主要研究內容包括：超材料結構在改善微帶陣列天線定向性方面的研究；超材料吸波體在縮減微帶天線RCS(雷達散射截面)方面的研究；超材料互補結構在設計多頻微帶天線方面的研究；以及利用超材料單元結構作為輻射貼片制作全向微帶天線方面的研究。本文首先介紹了超材料和微帶天線的基本理論,其中重點介紹了超材料單元結構的等效電磁參數的提取方法,并利用文獻中的超材料模型對本文中超材料結構仿真方法的正確性進行了驗證。其次,在微帶陣列天線的陣元之間放置小尺寸的超材料結構,利用超材料結構的陷波特性有效地抑制了天線表面波,進而達到了降低陣元間耦合、改善天線定向性的效果。隨后,將超材料吸波體與同軸微帶天線共形,在天線的定向性得到較大改善的同時,天線的RCS實現了大幅度縮減,RCS的最大縮減量達到24.4 dB。然后,在普通微帶天線的輻射貼片上蝕刻出超材料互補結構,利用超材料互補結構的電磁諧振特性,使得天線在較低頻處產生額外的工作頻段,從而實現了微帶天線的多頻化和小型化。最后設計了兩款以超材料單元結構作為輻射貼片的多頻帶全向微帶天線,這兩款天線的工作頻段均是由各自的輻射貼片的磁諧振產生的。實測結果顯示這兩款天線可工作于移動4G/WLAN/WiMax等頻段內,且滿足無線傳感網絡WSN的通信需求。兩款天線的其中之一是一款小型化微帶天線,其電尺寸僅為0.18λ×0.144λ×0.013λ,電尺寸相比于普通微帶天線縮減了40%,有效地實現了微帶天線的小型化。以上研究成果可以為電磁超材料在微帶天線中的應用以及小型化微帶天線的設計提供參考和借鑒。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN822

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