本文關(guān)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(zhǎng)的金屬結(jié)構(gòu)周期排列而成的人工復(fù)合結(jié)構(gòu),它能與某些頻率的電磁波產(chǎn)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(xué)家們一直致力于將超材料的特殊電磁特性運(yùn)用到實(shí)際工程之中。微帶天線作為無(wú)線通信系統(tǒng)中最常使用的天線之一,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、剖面低、成本低、易于集成和制作等優(yōu)點(diǎn)。在微帶天線的設(shè)計(jì)和應(yīng)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(shí)現(xiàn)微帶天線的小型化等。因此,基于超材料對(duì)微帶天線進(jìn)行研究,對(duì)改善天線性能、提高通信質(zhì)量具有深遠(yuǎn)意義。本文基于電磁超材料對(duì)微帶天線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了論述和研究,主要研究?jī)?nèi)容包括：超材料結(jié)構(gòu)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(dá)散射截面)方面的研究；超材料互補(bǔ)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)多頻微帶天線方面的研究；以及利用超材料單元結(jié)構(gòu)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(diǎn)介紹了超材料單元結(jié)構(gòu)的等效電磁參數(shù)的提取方法,并利用文獻(xiàn)中的超材料模型對(duì)本文中超材料結(jié)構(gòu)仿真方法的正確性進(jìn)行了驗(yàn)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(jié)構(gòu),利用超材料結(jié)構(gòu)的陷波特性有效地抑制了天線表面波,進(jìn)而達(dá)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(shí),天線的RCS實(shí)現(xiàn)了大幅度縮減,RCS的最大縮減量達(dá)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(bǔ)結(jié)構(gòu),利用超材料互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的電磁諧振特性,使得天線在較低頻處產(chǎn)生額外的工作頻段,從而實(shí)現(xiàn)了微帶天線的多頻化和小型化。最后設(shè)計(jì)了兩款以超材料單元結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示這兩款天線可工作于移動(dòng)4G/WLAN/WiMax等頻段內(nèi),且滿(mǎn)足無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)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(yīng)用以及小型化微帶天線的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN822

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本文編號(hào)：1250997