【摘要】：微波異向介質(Metamaterials)是在傳統(tǒng)媒質中加載特殊幾何結構,構造出具有奇異電磁特性的人工電磁材料,其單元尺寸遠小于激勵電磁波的工作波長。傳統(tǒng)媒質的原子或分子的屬性決定材料的電磁特性,而微波異向介質的奇異電磁特性來自于微波異向介質所采用的各種人造特殊結構。由于它在微波器件、天線等領域有著非常廣闊的應用前景,因此科研工作者開展了廣泛研究。本文建立了不同結構微波異向介質電磁特性的宏觀等效電路模型,就平面微波異向介質在小型化、寬帶和圓極化天線的應用進行研究,主要有以下幾個內容:第二章研究微波異向介質加載的電小天線。從微波異向介質單元出發(fā),研究微波異向介質等效媒質參數和亞波長諧振理論,分析復合左右手(CRLH)傳輸線結構的奇異特性,理論解釋了天線諧振頻率降低的物理機理。提出一種結構簡單緊湊的梳狀線左手等效電感,在地板上刻蝕周期條形縫隙,微帶饋線、主輻射單元與條形縫隙地板間的耦合表現出左手特性,構成復合左右手傳輸線。通過等效電路分析傳輸和諧振特性,推導出零階諧振(ZOR)天線帶寬的解析計算式,提出了一款CRLH傳輸線諧振電小天線。深入研究負介電常數(ENG)零階諧振器的諧振原理和特性,利用共面波導饋電設計靈活和便于集成的特點,采用左手梳狀線電感直接連通共面波導饋線和接地板,研究兩單元的ENG等效電路模型,提出一款ENG傳輸線諧振電小天線。解決電小天線增加帶寬的難題。第三章研究ENG傳輸線寬帶天線和CRLH寬帶端射天線。人造阻抗表面(AIS)是一種刻蝕在電介質基板上的周期金屬單元陣列。通過兩個金屬化過孔,Y型貼片與AIS相連,非對稱Y型貼片和AIS構成ENG傳輸線諧振天線。深入研究復合左右手傳輸線的等效介電常數、磁導率與分布參數間的關系,ENG傳輸線天線同時激勵ZOR、一階諧振(FOR)和二階諧振(SOR)模式,并且將FOR和SOR合并成一個通帶,由此產生寬帶特性。利用SRR陣列能產生磁諧振,在輻射貼片周期刻蝕互補開口諧振環(huán)(CSRR)陣列,在地板上周期刻蝕條形縫隙,利用CSRR陣列和地板條形縫隙陣列間的耦合,構成CRLH傳輸線天線,激勵ZOR和FOR諧振,并將雙帶融合為一個寬帶,不同于常規(guī)天線的主輻射方向在貼片的法線方向,該天線主輻射方向為端射。解決小型化天線降低剖面、增加帶寬和減小地板尺寸的難題。第四章研究雙帶微波異向介質圓極化天線。研究小型化和圓極化CRLH傳輸線諧振天線的等效電路理論和物理機理,分析復合左右手傳輸線結構的色散特性,利用這種CRLH傳輸線結構來設計圓極化天線。采用結構緊湊的梳狀線電感、縫隙電容等分布式參數元件分別構成左手并聯電感和左手串聯電容,通過CRLH傳輸線等效電路分析亞波長諧振原理及帶寬拓展機理,通過調整優(yōu)化等效電路的串并聯的電容和電感參數,同時激勵ZOR和FOR拓展天線帶寬,設計三單元的梳狀線左手并聯電感,利用不對稱性引入微擾激勵起圓極化電磁波,提出CRLH傳輸線雙帶圓極化天線。設計兩單元的梳狀線左手并聯電感,提出CRLH傳輸線雙頻多極化天線。解決圓極化天線尺寸大和饋電復雜的難題。第五章為全文微波異向介質天線研究工作總結和下一步研究工作展望。
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【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN820

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本文編號：2289183