基于人工表面等离子体激元的毫米波器件研究

发布时间：2020-11-21 13:43

　　 基于人工表面等离子体激元的传输线、天线及功能器件具有单导体结构和良好的工作特性,已受到广泛关注。本文采用全波电磁仿真与实物实测相结合的方法,分析了毫米波频段人工表面等离子体激元传输线的色散特性,并在此基础上研究设计了多种基于人工表面等离子激元的新型毫米波器件。主要工作和创新概括如下:1、分析了毫米波表面等离子体激元结构的色散特性与其对电场约束能力间的关系,以及单元结构尺寸对色散特性的影响。结果表明,表面等离子体激元的色散特性完全由其结构尺寸所决定,通过合理的调节尺寸,即可设计出工作在目标频段的结构。2、设计实现由槽线到人工表面等离子体激元传输线的新型紧凑型宽带转接结构。其工作频带为20至40 GHz,可覆盖整个Ka频段,插入损耗低于1dB,具有结构尺寸小、集成度高、宽带且低损耗的性能优势。3、分析了人工表面等离子体激元馈电的方环天线的工作模式。在此基础上,通过改变方环天线的结构长度,分别设计实现了具有垂直和水平极化特性的人工表面等离子体激元馈电的毫米波漏波天线。天线工作频带为24至33 GHz,最高增益为13 dBi。4、研究了采用双侧凹槽结构人工表面等离子体激元传输线激励贴片天线的方法。设计了工作Ka频段的新型人工表面等离子体激元馈电的贴片天线,天线工作带宽为9.9%,最大增益为6.5 dBi,辐射方向图稳定,交叉极化小于-13 dB,前后比大于10dB。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN12
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究历史和现状
    1.3 已有人工表面等离子体激元传输线和器件
    1.4 人工表面等离子体激元的激励方式
    1.5 已有基于人工表面等离子体激元馈电的天线
    1.6 本文主要工作安排
2 基本理论与方法
    2.1 人工表面等离子体激元的基本原理
    2.2 漏波天线的基本原理
    2.3 FLOQUET定理与空间谐波理论
    2.4 环天线的基本原理
    2.5 微带贴片天线的基本原理
        2.5.1 微带贴片天线的辐射机理
        2.5.2 微带辐射贴片尺寸估算
3 槽线到人工表面等离子体激元传输线转接结构的研究
    3.1 引言
    3.2 人工表面等离子体激元结构的色散特性分析
    3.3 转接结构的分析与设计
        3.3.1 转接结构
        3.3.2 工作原理分析
        3.3.3 结构参数分析
        3.3.4 设计和测试结果
    3.4 与已有工作对比
    3.5 本章小结
4 人工表面等离子体激元馈电漏波环天线的研究
    4.1 引言
    4.2 人工表面等离子体激元馈电环天线的模式分析
    4.3 人工表面等离子体激元馈电漏波环天线设计
    4.4 人工表面等离子体激元馈电漏波环天线的性能分析
        4.4.1 垂直极化漏波环天线设计与测试结果
        4.4.2 水平极化漏波环天线设计与测试结果
    4.5 与已有工作对比
    4.6 本章小结
5 人工表面等离子体激元馈电贴片天线的研究
    5.1 引言
    5.2 双侧凹槽人工表面等离子体激元传输线
    5.3 人工表面等离子体激元馈电的贴片天线
        5.3.1 终端开路的人工表面等离子体激元传输线
        5.3.2 人工表面等离子体激元馈电贴片天线的分析与设计
        5.3.3 人工表面等离子体激元馈电贴片天线的设计结果
    5.4 本章小结
6 结论
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

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本文编号：2893088