人工电磁介质在吸波结构与天线中的应用研究

发布时间：2017-08-07 18:22

  本文关键词：人工电磁介质在吸波结构与天线中的应用研究

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【摘要】：人工电磁介质是近年来最热门的研究领域之一。因为这中材料尺寸小于应用工作波长,能够人为设计内部结构,在20世纪末被人们发现具有奇特物理特性,其应用前景被人们看好。应用人工电磁介质材料往往能够实现许多意想不到性能优良的电磁设备。近年在大量学者的关注和研究下,大量成果涌进人们的视野。它的出现使人为控制空间中波的任意传播方向成为可能,隐身斗篷、超透镜等设备也因此产生。而在吸波体方面,应用人工电磁介质使突破波长限制的超薄完全吸波体得以设计。其在天线上降低工作频率、MIMO系统元天线之间的耦合以及改变天线方向图等方向也让人找到了新的研究视角。对人工电磁介质的研究,不管于军工于科技都有重大意义。而本文主要研究了人工电磁介质材料在吸波体和天线上的应用。首先设计了一款具有宽频带有效负折射率的人工电磁介质。对设计结构提取本征参数,并且用棱镜实验模型对设计材料进行仿真实验验证其负折射特性。通过扫描参数仿真分析结构参数尺寸对本身电磁谐振频率点的影响。并加工设计结构对样品做了测试实验。设计了一种三频带吸波体。应用四旋转对称结构使其能够对任意极化波进行吸收。人工电磁介质吸波体还有对大角度入射电磁波具有稳定吸收率的特性。能够对入射波矢与平面法线方向成50°以下角度的范围内实现90%以上的吸收。本论文讨论了其物理吸收机制,以及对其误差较大的实验结果进行分析讨论。同时提出了一种双层介质宽带吸波体。这种吸波体能够吸吸收特定电场极化方向的电磁波,角度在50°一下可以实现理论上90%实测80%的宽带吸收率。其总厚度仅为2.3mm。利用设计的人工电磁机制单元结构作为天线辐射部分,成功地降低了天线的工作频率,从而对天线进行了小型化设计。与此同时对天线进行优化拓宽了它的频带,成为了一个具有双频带的宽带天线。最后利用设计好的天线单元构建MIMO二元天线阵列,并应用同一人工电磁介质单元实现天线元之间的耦合降低。设计的MIMO二元天线阵列能够在宽工作频带内实现低耦合的性能。
【关键词】：人工电磁介质 吸波体 宽带天线 降耦合
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O441
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 人工电磁介质概念，研究背景和意义10-11
• 1.2 研究现状11-23
• 1.2.1 人工电磁超材料的研究、设计与制造11-15
• 1.2.2 人工电磁介质在隐身斗篷方面的研究现状15-18
• 1.2.3 人工电磁介质在天线领域中的研究现状18-19
• 1.2.4 人工电磁介质在吸波体中的研究现状19-23
• 1.3 发展趋势23-24
• 1.4 论文的主要工作24
• 1.5 论文的结构与安排24-26
• 第二章 双面人工电磁介质的研究26-42
• 2.1 人工电磁介质理论模型及参数提取26-33
• 2.1.1 实现等效负介电常数的方法26-28
• 2.1.2 实现等效负磁导率的方法28-30
• 2.1.3 等效介质电磁参数提取方法30-33
• 2.2 双面人工电磁介质33-41
• 2.2.1 单元结构及仿真模型33-35
• 2.2.2 对单元结构仿真结果参数提取35
• 2.2.3 双面人工电磁介质负折射率验证仿真实验35-37
• 2.2.4 单元结构参数仿真研究37-39
• 2.2.5 实验测试39-41
• 2.3 本章小结41-42
• 第三章 人工电磁介质在吸波体的应用研究42-64
• 3.1 理想介质中均匀平面波的反射与透射42-45
• 3.2 多层理想介质中均匀平面波的反射系数和波阻抗45-48
• 3.2.1 多层理想介质中均匀平面波传播的波阻抗45-46
• 3.2.2 多层理想介质中均匀平面波传播的反射系数46-48
• 3.3 三频带人工电磁介质吸波体48-55
• 3.3.1 三频带人工电磁介质吸波体结构设计与仿真实验48-51
• 3.3.2 三频带吸波体吸收原理与分析51-53
• 3.3.3 三频带吸波体的加工与测试53-55
• 3.4 超薄双层介质宽带人工电磁介质吸波体55-63
• 3.4.1 设计与仿真56-59
• 3.4.2 宽带吸波体吸收机制讨论59-61
• 3.4.3 宽带吸波体加工测试61-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第四章 宽带人工电磁介质天线研究64-79
• 4.1 引言64-65
• 4.2 加载人工电磁介质的天线设计65-73
• 4.2.1 加载人工电磁介质天线结构65-66
• 4.2.2 天线的设计与仿真66-69
• 4.2.3 加载人工电磁介质天线仿真结果69-71
• 4.2.4 设计天线加工与测试71-73
• 4.3 应用人工电磁介质结构的MIMO天线阵73-78
• 4.3.1 MIMO两元天线阵设计73-75
• 4.3.2 MIMO天线设计仿真结果75-77
• 4.3.3 MIMO二元天线阵加工测试77-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 全文总结79-80
• 5.2 对人工电磁介质的展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间取得的主要研究成果86-87

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本文编号：636083