【摘要】：隨著信息技術(shù)的發(fā)展,單個(gè)移動(dòng)終端設(shè)備中集成的無線通信方式越來越多,如Wi-Fi,GPS,NFC,蜂窩網(wǎng)通信,藍(lán)牙等等,這就要求天線能夠在多個(gè)頻段工作。使天線多頻工作的方法很多,本文以二維結(jié)構(gòu)的超表面來設(shè)計(jì)頻率可重構(gòu)的天線,并以此來探討二維結(jié)構(gòu)的超表面電磁均一化的相關(guān)問題。超材料是由人工設(shè)計(jì)的一些特殊結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的新型材料,它具有自然界中存在的天然材料所不具備的特殊的物理特性。二維結(jié)構(gòu)的超表面是將三維的超材料制成平面結(jié)構(gòu)而得到的,與三維超材料相比,它具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。將人工設(shè)計(jì)特定的單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期或者非周期的重復(fù)而成的超表面,具有特殊的電磁特性,加載在天線上可以天線的工作頻率,極化和方向圖進(jìn)行控制。本文通過設(shè)計(jì)一個(gè)工作在C波段的微帶縫隙天線作為輻射天線,并設(shè)計(jì)了線狀、長軸短軸比為10的橢圓狀、長軸短軸比為3的橢圓狀和圓狀這四種不同單元結(jié)構(gòu)且能夠?qū)崿F(xiàn)天線工作頻率可重構(gòu)的超表面。將超表面直接加載在微帶縫隙天線上,通過旋轉(zhuǎn)超表面,改變天線與超表面的相對位置來實(shí)現(xiàn)微帶縫隙天線工作的重構(gòu)。利用CST微波工作室對所建的超表面加載天線進(jìn)行仿真,可以得出四種結(jié)構(gòu)基于超表面頻率可重構(gòu)天線的頻率可重構(gòu)范圍。線狀、長軸短軸比為10的橢圓狀、長軸短軸比為3的橢圓狀和圓狀結(jié)構(gòu)的超表面的頻率可重構(gòu)范圍分別為958MHz、808MHz、660MHz和96MHz。本次設(shè)計(jì)選擇了長軸短軸比為3橢圓狀的超表面,微帶縫隙天線和線結(jié)構(gòu)的超表面進(jìn)行加工并在微波暗室進(jìn)行測試,仿真與測試結(jié)果較好的吻合。通過旋轉(zhuǎn)超表面能夠?qū)崿F(xiàn)天線工作頻率變化的原因是,改變超表面與天線的相對位置改變了超表面的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率。對超表面進(jìn)行電磁均一化可使用散射參數(shù)逆推法(NRW)進(jìn)行計(jì)算。首先,通過對超表面的單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁仿真,得出單元結(jié)構(gòu)的散射參數(shù),然后再應(yīng)用NRW算法,對所得的單元的S11和S21逆向推導(dǎo)出等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率,最后用這些等效電磁常數(shù)分別建立四種結(jié)構(gòu)的超表面等效介質(zhì)模型并加載在天線上進(jìn)行仿真,將得到的結(jié)果與實(shí)際的超表面加載天線的仿真結(jié)果對比,超表面的等效介質(zhì)模型仿真結(jié)果與實(shí)際模型仿真結(jié)果匹配。
[Abstract]:With the development of information technology, there are more and more integrated wireless communication methods in single mobile terminal devices, such as Wi-Fi,GPS,NFC, cellular network communication, Bluetooth and so on, which requires antennas to work in multiple frequency bands. There are many methods for multi-frequency antenna operation. In this paper, the frequency reconfigurable antenna is designed with the supersurface of the two-dimensional structure, and the related problems of electromagnetic homogenization of the supersurface of the two-dimensional structure are discussed. Metamaterial is a new type of material which is composed of some special structures designed by man. It has special physical properties which are not possessed by natural materials existing in nature. The supersurface of two-dimensional structure is made into planar structure of three-dimensional metamaterials. Compared with three-dimensional metamaterials, it has the advantages of small volume and light weight. The supersurface, which is composed of periodic or aperiodic repeated elements, has special electromagnetic characteristics. The frequency, polarization and pattern of the antenna can be controlled by loading it on the antenna. In this paper, a microstrip slot antenna working in C-band is designed as a radiation antenna, and an ellipsoid with a linear, long axis / short axis ratio of 10 is designed. The ellipsoid and circular structure with long axis and short axis ratio of 3 are four different elements and can realize the reconfigurable supersurface of antenna working frequency. The supersurface is directly loaded on the microstrip slot antenna and the working reconstruction of the microstrip slot antenna is realized by rotating the supersurface and changing the relative position between the antenna and the super-surface. The CST microwave studio is used to simulate the supersurface loaded antenna, and the frequency reconfigurable range of the four structures based on the super-surface frequency reconfigurable antenna can be obtained. The frequency reconfigurable ranges of ellipsoid and circular structure with linear, long axis short axis ratio 10 and long axis short axis ratio 3 are 958 MHz / 808 MHz and 96 MHz, respectively. In this design, the supersurface with the long axis and short axis ratio of 3 ellipsoid, the microstrip slot antenna and the supersurface of the wire structure are fabricated and tested in the microwave darkroom. The simulation results are in good agreement with the test results. The reason why the antenna operating frequency can be changed by rotating the supersurface is that the relative position between the supersurface and the antenna changes the equivalent permittivity and permeability of the supersurface. The electromagnetic homogenization of the supersurface can be calculated by using the backstepping method of scattering parameters (NRW). First, the scattering parameters of the supersurface element structure are obtained by electromagnetic simulation, then the equivalent permittivity and the equivalent permeability of the element S11 and S21 are derived by using the NRW algorithm. Finally, the supersurface equivalent dielectric models of four structures are established by using these equivalent electromagnetic constants and simulated on the antenna. The results obtained are compared with the simulation results of the actual supersurface loaded antennas. The simulation results of the supersurface equivalent medium model match the simulation results of the actual model.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB34;TN820;O441

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 汪偉,鐘順時(shí),梁仙靈;X形微帶縫隙天線[J];上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年01期

2 陳文峰;肖中銀;相亮亮;馬德臣;;應(yīng)用于便攜設(shè)備的新型多頻微帶縫隙天線[J];上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年06期

3 張任;張中雷;韓軼凡;;漸變微帶縫隙天線的仿真設(shè)計(jì)[J];科技信息;2009年17期

4 趙一;曹祥玉;張迪;姚旭;李思佳;楊歡歡;李文強(qiáng);;一種兼有高增益和寬帶低散射特征的波導(dǎo)縫隙天線設(shè)計(jì)[J];物理學(xué)報(bào);2014年03期

5 周永明;賴聲禮;;RFID標(biāo)簽用縫隙天線分析與設(shè)計(jì)[J];暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年01期

6 柯亨玉;介質(zhì)覆蓋導(dǎo)電圓柱上縫隙天線高頻輻射UTD研究[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1994年01期

7 錢少偉;劉學(xué)觀;;雙頻微帶縫隙天線的設(shè)計(jì)[J];科技致富向?qū)?2012年23期

8 周永明;賴曉錚;賴聲禮;;基于非對稱縫隙的射頻標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)[J];暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年05期

9 胡家元,仲海濱,魯躍軍;圓極化徑向線縫隙天線的設(shè)計(jì)[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1998年03期

10 任宇輝;高寶建;伍捍東;鄧周虎;;基于CST的波導(dǎo)窄邊縫隙天線的分析與設(shè)計(jì)[J];西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 錢嵩松;李興國;;直線漸變縫隙天線的設(shè)計(jì)[A];2003'全國微波毫米波會(huì)議論文集[C];2003年

2 周永明;;射頻標(biāo)簽用非對稱縫隙天線優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];2009年全國天線年會(huì)論文集（上）[C];2009年

3 關(guān)福宏;孫曉瑋;;帶有輻射增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的毫米波窄邊直線漸變微帶縫隙天線研究[A];2009年全國天線年會(huì)論文集（上）[C];2009年

4 王軍勝;;基于盒式喇叭的縫隙天線及子陣列[A];2009年全國微波毫米波會(huì)議論文集（上冊）[C];2009年

5 舒亮;陳其科;張永鴻;;W波段直線漸變縫隙天線的研究[A];2008通信理論與技術(shù)新進(jìn)展——第十三屆全國青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2008年

6 馬漢清;褚慶昕;;一種寬帶低輪廓高增益背腔縫隙天線[A];2007年全國微波毫米波會(huì)議論文集（上冊）[C];2007年

7 成丹;鄭宏興;孫程光;馮立營;馬興兵;;梯形波導(dǎo)縫隙天線的研究[A];2009年全國微波毫米波會(huì)議論文集（上冊）[C];2009年

8 楊彩田;王哲;邱景輝;;一種展寬波導(dǎo)縫隙天線帶寬的方法[A];2011年全國微波毫米波會(huì)議論文集（上冊）[C];2011年

9 胡佳旺;王建;;窄邊平板縫隙天線設(shè)計(jì)[A];2009年全國天線年會(huì)論文集（上）[C];2009年

10 蔡志堅(jiān);吳文;李興國;婁國偉;;漸變微帶縫隙天線的分析[A];2001年全國微波毫米波會(huì)議論文集[C];2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 袁博;多頻帶縫隙天線設(shè)計(jì)與研究[D];武漢大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 徐建凱;高增益高效率圓極化波導(dǎo)縫隙天線的研究[D];南京理工大學(xué);2015年

2 劉勇海;波導(dǎo)縫隙天線分析與仿真[D];電子科技大學(xué);2014年

3 張娜曼;共形徑向線縫隙天線的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2015年

4 周慧;小型平板縫隙天線設(shè)計(jì)方法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

5 劉傳凱;毫米波波導(dǎo)縫隙天線分析與研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 宣銀良;波導(dǎo)縫隙天線與磁窗天線的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

7 賀馨;應(yīng)用于WLAN的雙頻印刷縫隙天線設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

8 楊力;基于超介質(zhì)的高增益射頻天線技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2016年

9 高陳強(qiáng);三極化金屬過孔加載縫隙天線的研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

10 陳駿馳;小型化三極化階躍阻抗縫隙天線[D];南京郵電大學(xué);2016年

，

本文編號：2381719