【摘要】：人工電磁超材料(Metamaterials)是一種具有自然界物質(zhì)所不具備的超常電磁特性的復(fù)合結(jié)構(gòu)或材料。本文主要對(duì)新型人工電磁超材料在天線中的應(yīng)用展開(kāi)了分析和研究工作,利用人工電磁超材料獨(dú)特的電磁特性,包括近零折射率、亞波長(zhǎng)諧振、超薄吸波等特性,改善和提高傳統(tǒng)天線的性能。論文主體分為三大部分:第一部分,高增益的太赫茲匹配近零折射率超材料透鏡天線;第二部分,三頻段共面偶極子超材料天線;第三部分,低雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS)和低副瓣電平的超材料微帶陣列天線。本文主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:1、提出了一種匹配近零折射率超材料太赫茲平面透鏡天線的設(shè)計(jì)方法。匹配近零折射率超材料透鏡的折射率近似為零,對(duì)天線輻射的電磁波起到聚焦作用,在保證天線增益增強(qiáng)的同時(shí),零折射率超材料透鏡的阻抗與天線介質(zhì)基板阻抗匹配,使超材料透鏡與天線直接相連,而不需要與天線隔離,易于實(shí)現(xiàn)小型化、高增益、機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的天線系統(tǒng)。2、提出了一種應(yīng)用于WLAN和WiMAX的共面偶極子超材料三頻段天線。利用超材料諧振器亞波長(zhǎng)的特性,在一個(gè)寬頻段的共面偶極子天線的兩臂刻蝕兩對(duì)互補(bǔ)電容加載諧振環(huán)(Complementary capacitively loaded loop,CCLL),產(chǎn)生兩個(gè)阻帶頻帶,從而實(shí)現(xiàn)三頻段的應(yīng)用于WLAN和WiMAX的共面偶極子天線。寬頻帶偶極子天線通過(guò)微帶-共面雙線的寬帶巴倫給天線的兩臂饋電,這樣的巴倫具有頻帶寬和無(wú)需過(guò)孔等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)理論計(jì)算、全波仿真與微波實(shí)驗(yàn)研究,獲得了在2.21-2.77、3.33-3.95以及5.04-6 GHz頻段內(nèi)性能良好的三頻段天線。3、通過(guò)加載各向異性超材料的方式實(shí)現(xiàn)了一種低雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS)和低副瓣電平的微帶陣列天線。該超材料對(duì)于空間來(lái)波形成結(jié)構(gòu)緊湊、極化不敏感、寬入射角度的超薄吸波器,可用于天線RCS減縮;同時(shí)具有抑制天線單元之間表面波的特性起到去耦合的作用,可實(shí)現(xiàn)陣列天線的低副瓣電平。利用有效介質(zhì)理論和全波有限元電磁仿真,設(shè)計(jì)了一個(gè)10 GHz微帶陣列天線,加載超材料后RCS最大減縮量達(dá)到15.2 dB,同時(shí)使天線的副瓣電平降低了5.6 dB。實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了超材料吸波器具有良好的RCS減縮特性。通過(guò)利用超材料的各向異性,不僅能夠降低陣列天線的雷達(dá)散射截面,而且能夠減小陣列天線的副瓣電平。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN826

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