基于電磁超材料的新型平面天線的研制.pdf

1、現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)越來(lái)越小型化、集成化和多功能化，天線作為無(wú)線通信系統(tǒng)的重要收發(fā)元件也面臨著多重挑戰(zhàn)。為了與無(wú)線通信系統(tǒng)相集成，天線設(shè)計(jì)者必須設(shè)計(jì)出小尺寸、多頻、低剖面、寬頻帶、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉的天線。傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)手法和常規(guī)材料已經(jīng)不能滿足天線發(fā)展的需要，超材料的提出為天線的發(fā)展開(kāi)拓了一個(gè)新的領(lǐng)域。自從超材料的幾種不同結(jié)構(gòu)形式被提出以來(lái)，其微帶實(shí)現(xiàn)形式的復(fù)合左右手傳輸線在天線領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,它具有傳統(tǒng)傳輸線所不能比擬的一系列優(yōu)點(diǎn)，比如低

2、損耗、負(fù)折射率以及非線性的相位常數(shù)等。
　　本文首先分析了超材料天線領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)，接著描述了超材料與天線的基本理論，最后圍繞著設(shè)計(jì)小型化和多頻段天線的宗旨設(shè)計(jì)了三款不同的超材料天線。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1.設(shè)計(jì)了一款基于超材料的小型化三頻帶天線。利用非對(duì)稱(chēng)共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電以減小天線的尺寸。利用兩個(gè)簡(jiǎn)化的超材料單元來(lái)替代一般的超材料結(jié)構(gòu)，使天線的尺寸得以進(jìn)一步減小，同時(shí)激勵(lì)天線的零階諧振和天

3、線本身的諧振，使天線工作在1.76 GHz的UMTS頻帶，5.2 GHz和5.8GHz的WLAN頻帶。討論了各參數(shù)與天線諧振頻率之間的變化關(guān)系，繪制了三個(gè)頻點(diǎn)處的電流分布圖。加工天線并實(shí)測(cè)，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。
　　2.設(shè)計(jì)了一款基于超材料的小型化寬帶多頻天線，天線的尺寸為16×23.2×1.6 mm3。利用縫隙電容實(shí)現(xiàn)左手電容，微帶短截線電感實(shí)現(xiàn)左手電感，同時(shí)激勵(lì)天線的零階諧振和一階諧振，通過(guò)調(diào)節(jié)左手原件值，使天線的零階

4、諧振和一階諧振相融合以獲得寬帶性能。同時(shí)在地板上開(kāi)彎折形槽以激勵(lì)高頻諧振。所設(shè)計(jì)的天線能工作在2.44-3.69 GHz的WiMax頻段和5.6-5.9 GHz的WiFi頻段。
　　3.設(shè)計(jì)了一款加載超材料單元的多頻帶天線。在傳統(tǒng)矩形貼片單極子天線上加載兩個(gè)復(fù)合左右手傳輸線單元結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元激勵(lì)一個(gè)新的諧振，該新的諧振僅僅與超材料單元的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)超材料單元的尺寸，能夠靈活的調(diào)節(jié)其諧振頻率。同時(shí)單極子天線本身的諧振并不受