單負(fù)材料寬頻帶技術(shù)及其在天線陣列互耦抑制的應(yīng)用研究.pdf

1、當(dāng)天線單元間距較小時(shí)，陣列天線的互耦效應(yīng)會(huì)直接對(duì)天線的性能產(chǎn)生不利影響，比如輻射方向圖失真、輸入阻抗變化等等。因此，采取有效抑制互耦的方法已經(jīng)在天線陣列設(shè)計(jì)中有著至關(guān)重要的作用。本文通過在天線陣列單元間加載單負(fù)材料（SNG，single-negative metamaterials）隔離結(jié)構(gòu)達(dá)到互耦抑制的效果。本文的主要工作如下：
　　1.采用等效媒質(zhì)的 S參數(shù)提取法和等效電路模型的廣義傳輸線法分別分析了SRR結(jié)構(gòu)與EBG結(jié)構(gòu)的電

2、磁特性，對(duì)后文設(shè)計(jì)分析單負(fù)材料結(jié)構(gòu)具有指導(dǎo)意義。以二元微帶貼片天線陣列為例，研究了陣列天線互耦效應(yīng)對(duì)天線性能的影響。尤其在陣元間距較小時(shí)，由于互耦效應(yīng)陣元有源方向圖和陣元輸入阻抗等天線特性顯著變化。
　　2.設(shè)計(jì)并分析了兩款SNG結(jié)構(gòu)單元——SNG-APSL結(jié)構(gòu)和SNG-SLs結(jié)構(gòu)。利用 SNG-APSL結(jié)構(gòu)單元分別構(gòu)造并分析了三類隔離器——單層、雙層及三層SNG-APSL隔離器。為了提高隔離器的可用隔離帶寬，在雙層和三層 SNG

3、-APSL隔離器中應(yīng)用了展寬帶寬技術(shù)——激勵(lì)多相近諧振頻點(diǎn)法。最終將隔離器應(yīng)用于二元微帶陣列天線單元間實(shí)現(xiàn)有效互耦抑制。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，相比于未加載的情況下，在天線相應(yīng)工作頻段內(nèi)，加載單層、雙層和三層SNG-APSL隔離器的天線單元間E面隔離度分別提高了14dB、25dB和22dB。加載三層隔離器的陣列天線的25dB隔離帶寬達(dá)到6.2％。另外，天線陣列單元間距均不大于0.37λ0（λ0為天線工作頻率波長(zhǎng)）。接著，將同樣利用多諧振頻點(diǎn)的 S

4、NG-SLs隔離器應(yīng)用到寬頻二元彎折微帶單極子天線陣，20dB隔離帶寬達(dá)到8.4%。天線陣單元間距均僅為0.21λ0。同時(shí)，SNG-APSL及SNG-SLs隔離器的引入并未對(duì)相應(yīng)的天線陣列性能產(chǎn)生明顯影響。
　　3.對(duì)于抑制高剖面線天線陣列陣元間耦合的問題，分別設(shè)計(jì)并分析了兩種單負(fù)材料隔離板——SNG-CRs隔離板和SNG-CRR隔離板。首先設(shè)計(jì)了SNG-CRs隔離板并應(yīng)用于二元偶極子天線陣的互耦抑制。天線單元間距約為半波長(zhǎng)的情況

5、下，陣列互耦抑制性能最大可達(dá)28dB，并且20dB隔離帶寬達(dá)到20%。然后，將僅需單個(gè)SNG-CRR單元構(gòu)成的隔離板加載于二元單極子陣列。仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)都表明，相比于未加載情況下，加載SNG-CRR隔離板后天線單元間隔離度提高19dB以上。實(shí)測(cè)中，20dB隔離帶寬達(dá)到16%。在有效抑制互耦的情況下，加載SNG-CRR隔離板后陣列的工作頻率和輻射特性并未產(chǎn)生明顯變化。另外，SNG-CRs以及 SNG-CRR隔離板的尺寸分別為6 mm×12