基于超表面的可重构微带天线的研究

发布时间：2017-10-13 03:16

  本文关键词：基于超表面的可重构微带天线的研究

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【摘要】：本研究生毕业设计主要研究超表面在改变微带天线相关电性能方面的应用。超表面是近年来在电磁材料领域一个相对热门的话题,简单理解超表面就是二维结构的超材料。人工制作的金属单元的排布可以产生特殊的电磁特性,这种排布可以是周期的也可以是非周期的。同样,重复的单元可能是相同的结构,也可能是相近的结构。理论上,这种设计能够实现材料结构本构关系的任意取值,而特殊结构具有的特殊本构关系往往能够卓有成效的改善天线的电性能。因为天线的各种基本参数指标都与相应材料的本构关系密切相关。本文中一共涉及了四种超表面,两种用来和微带天线联合使用,实现极化可重构,分别是切角矩形超表面和柳叶结构超表面。另外两种超表面分别是栅格结构超表面和鱼鳞结构超表面,这两种结构的超表面能够实现频带可重构。文章首先论述频带可重构超表面和相关微带天线的设计。文中的栅格结构超表面能够实现频带可重构,但是某一固定角度的谐振带宽很窄,约为100MHz。在频带可重构过程中,不能实现1GHz带宽的要求,为此提出另外一种鱼鳞结构频带可重构超表面模型,此模型以半圆环金属单元周期排布形成,单一角度天线带宽能够达到300MHz,通过机械旋转能够实现微带天线在4.6GHz-5.6GHz范围S11-10d B,拓宽了微带天线的通频带。可重构带宽达到19%以上,相对于1%的典型微带天线带宽有显著提高。此部分中,我们利用散射参数法对超表面实现频带可重构的原理进行验证。分别用各向同性和各向异性两种模型去等效超表面对微带天线的影响。验证结果和仿真结果具有很好的一致性。不仅如此,文章对应用超表面实现微带天线的极化可重构也进行了相关研究。文中提到的切角矩形切角超表面参考了已有模型,并对参数进行调整,使天线的极化中心频点在3.4GHz,阻抗带宽达到26%。在3.3GHz-3.5GHz范围内实现左旋圆极化到线极化到右旋圆极化之间的极化转变,相应的轴比小于6d B,满足工程上对圆极化的要求。并且增益达到7d Bi,方向图稳定。同时为了适应卫星通信下行频段的要求,另外设计了一种柳叶结构超表面微带天线,在3.825GHz-4.03GHz范围内实现极化可重构。与3.7GHz-4.2GHz的卫星下行频段吻合,应用前景广泛。
【关键词】：超表面 微带天线 极化可重构 频带可重构
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题背景10-13
• 1.1.1 微带天线10
• 1.1.2 超表面10-11
• 1.1.3 超表面和微带天线的结合11-13
• 1.2 国内外研究13-23
• 1.2.1 国内研究现状13-17
• 1.2.2 国外研究现状17-20
• 1.2.3 国内外研究现状的总结20-21
• 1.2.4 本文主要研究内容21-23
• 第二章 微带天线辐射和圆极化理论23-35
• 2.1.微带天线的辐射原理23-24
• 2.2 微带天线的传输线模型24-28
• 2.3 微带天线的圆极化基本理论28-30
• 2.4 微带天线圆极化的实现方法30-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 超表面电磁均一化理论35-44
• 3.1 超表面等效媒质理论35-39
• 3.1.1 Floquet定理35-36
• 3.1.2 超表面的等效介电常数和等效磁导率36-39
• 3.2 超表面单元的等效相对介电常数和等效相对磁导率的求解39-43
• 3.2.1 NRW法（散射参数逆推法）39-41
• 3.2.2 超表面的S参数获取方法41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 基于超表面的频带可重构微带天线的研究44-61
• 4.1 微带天线的设计44-50
• 4.1.1 微带天线的贴片尺寸44-47
• 4.1.2 微带天线的馈电47-50
• 4.2 超表面的设计50-53
• 4.2.1 栅格形式超表面51-52
• 4.2.2 鱼鳞结构超表面52-53
• 4.3 仿真结果53-55
• 4.4 理论验证55-58
• 4.4.1 各向同性验证法55-57
• 4.4.2 各向异性验证法57-58
• 4.5 测试结果58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 基于超表面的极化可重构微带天线设计61-79
• 5.1 微带天线的设计61-62
• 5.2 超表面的设计62-68
• 5.2.1 切角矩形结构超表面63-65
• 5.2.2 柳叶结构超表面65-68
• 5.3 仿真结果68-74
• 5.4 测试结果74-77
• 5.5 本章小结77-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果85-87
• 致谢87

【参考文献】

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1 蔡瑞琦,李黎明,徐政;电子陶瓷材料在多芯片组件(MCM)中的应用[J];现代技术陶瓷;2005年03期

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本文编号：1022507