基于左手介質(zhì)后向波效應(yīng)的微帶天線小型化的研究.pdf

1、左手介質(zhì)是具有周期結(jié)構(gòu)的新型人工電磁介質(zhì)，它同時具有負介電常數(shù)和負磁導(dǎo)率，能夠?qū)崿F(xiàn)后向波效應(yīng)、負折射效應(yīng)等一系列超常規(guī)的電磁特性，對微波天線、電路器件等領(lǐng)域具有重要的理論意義和工程價值。本文以左手介質(zhì)的電磁特性分析為理論基礎(chǔ)，以性能優(yōu)良的左手介質(zhì)的后向波效應(yīng)為研究核心，以微帶貼片天線和微帶環(huán)形天線的應(yīng)用實例為檢驗標(biāo)準，綜合發(fā)展了基于左手介質(zhì)相位補償效應(yīng)的小型化技術(shù)。本文首先闡述了左手介質(zhì)的后向波特性用作相位補償器的理論基礎(chǔ)，建立了左手介

2、質(zhì)復(fù)合的一維小型化諧振腔的理論模型，并進一步推廣到加載理想左手介質(zhì)的微帶貼片天線。理論研究結(jié)果表明：左手介質(zhì)復(fù)合的諧振腔和微帶貼片天線的物理尺度與諧振頻率無關(guān)，而取決于復(fù)合的本構(gòu)關(guān)系參數(shù)，從而驗證了該思路的正確性和可行性，為下一步利用實際的左手介質(zhì)實現(xiàn)微帶天線小型化提供了理論支持。其次，本文針對電小尺寸的腔體型左手介質(zhì)展開研究，在9.2~11.8 GHz頻帶上設(shè)計出電尺寸僅0.11個工作波長的左手介質(zhì)單元，比國際上已發(fā)表的最優(yōu)結(jié)果縮小了

3、41%。該研究利用雙負特性和后向波特性驗證了該電小尺寸左手介質(zhì)設(shè)計的正確性。通過將左手介質(zhì)單元周期地嵌入基板方式，構(gòu)成了具有相位補償效應(yīng)的后向波基板，首次應(yīng)用實際的腔體型左手介質(zhì)而不是純粹的理論數(shù)學(xué)模型，將普通半波貼片天線的長度縮減了66%，突破了傳統(tǒng)的半波長的尺度限制，獲得了與理論預(yù)測完全吻合的近場分布和遠場輻射特性。最后，針對左右手復(fù)合傳輸線輻射性能存在的缺陷，本文結(jié)合Split Ring Resonators(SRR)結(jié)構(gòu)的降頻技

4、術(shù)以及Defected Ground Structure (DGS)結(jié)構(gòu)的并聯(lián)電感效應(yīng)，分別設(shè)計出兩種新穎的分布式平面型左手介質(zhì)微帶線：雙層SRR/DGS型和小型化SRR/DGS型。通過分別計算左手介質(zhì)微帶線單元的有效介電常數(shù)和有效磁導(dǎo)率，證實了雙負特性；利用小型化SRR/DGS型左手介質(zhì)微帶線的八元陣列的后向波效應(yīng)，驗證了該分布式左手介質(zhì)設(shè)計的正確性。該小型化SRR/DGS型左手介質(zhì)微帶線結(jié)構(gòu)簡單、便于加工，電尺寸僅0.04個工作波長